小功率LED驱动电源技术拓扑方案

随着全球各国日益注重节能减排的要求， LED作为新光源以其高效节能越来越得到广泛的应用。下面主要介绍关于小功率段1-30W之间的LED驱动应用非隔离技术方面的介绍。

　　一 阻容降压：

　　1. 阻容降压的原理和应用：

　　电容降压实际上是利用容抗限流， 而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。

　　2. 采用电容降压时应注意以下几点：

　　根据负载的电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容， 而不是依据负载的电压和功率， 限流电容必须采用无极性电容， 不能采用电解电容。而且电容的耐压须在400V以上， 最理想的电容为聚丙烯金属薄膜电容。 电容降压不能用于大功率条件， 一般用于5W以下小功率应用场合， 电容降压不适合动态负载条件， 电容降压不适合容性和感性负载， 在LED电源的驱动方面应用上适合单电压应用。

　　3. 阻容降压式简易电源的基本电路如（图1）

图1.

　　C1为降压电容器， D1, 2, 3, 4为桥式整流二极管， ZD1是稳压二极管， R1为关断电源后C1的电荷泄放电阻。

　　4. 器件选择

　　电路设计时， 应先测定负载电流的准确值， 然后参考示例来选择降压电容器的容量。因为通过降压电容C1向负载提供的电流Io, 实际上是流过C1的充放电电流Ic.C1容量越大， 容抗Xc越小， 则流经C1的充、放电电流越大。当负载电流Io小于C1的充放电电流时， 多余的电流就会流过稳压管， 若稳压管的最大允许电流Idmax小于Ic-Io时易造成稳压管烧毁。为保证C1可靠工作， 其耐压选择应大于两倍的电源电压。泄放电阻R1的选择必须保证在规定的时间内泄放掉C1上的电荷。

　　5. 实际参数计算方法：

　　已知C1为0.33μF, 交流输入为220V/50Hz, 求电路能供给负载的最大电流。

　　C1在电路中的容抗Xc为：

　　Xc=1 /（2 πf C）= 1/（2*3.14*50*0.33*10-6）= 9.65K

　　流过电容器C1的充电电流（Ic）为：

　　Ic = U / Xc = 220 / 9.65 = 22mA.

　　二 线性驱动电路：

　　1. 典型的电路如（图2）

　　图2

　　2. 工作原理：

　　R3为恒流电阻， 利用R3的压降来控制TL432的开关， 在利用432的开关来控制Q1的导通从而达到输出恒流的目的， 选择432的目的是利用432基准为1.21V来降低在R3上的损耗。电流恒流值之为1.21/R3, R1选择根据Q1的放大倍数来选取。

　　3. 应用场合注意事项：

　　此电路建议应用在单电压输入， 输出电流小电流的LED电源驱动上， 比如球泡灯， T管等， 一般建议输出电流在100mA下。同时输出电压越接近输入会比较好， 这样避免Q1的的压降过大而造成损耗过大， 效率较低， 因此LED的使用也最好串联使用。

　　三 恒流二极管驱动电路

　　1. 典型的电路如（图3, 图4）

　　图3

　　图4

　　2. 工作原理

　　理想的恒流源是一种内阻为无穷大的器件， 不论其两端电压为何值， 其流经的电流永远不变。当然这种器件是不可能存在的。实际的恒流二极管相当于一个在一定工作电压范围内 例如25-100V其电流恒定为某一值例如20mA.其等效电路如图5所示

　　图5

其内阻为Z, 并联的电容大约为4-10pF.其典型的伏安特性如图六所示。

　　图6

　　它在某一个电压范围内有一段恒流区间， 在这个区间， 流经的电流几乎不变， VL为到达IL的电压值， IL大约为0.8Ip.

　　3. 应用注意事项

　　由于恒流二极管需要一定的电压Vk才能够进入恒流， 所以太低的电源电压是无法工作的。通常这个Vk大约在5-10V左右 所以大多数采用电池供电的LED是无法工作的， 最大电流由于恒流二极管的功耗受到限制， 所以过大的电流也是不合适的。例如1W的LED通常需要350mA, 恒流二极管就很难提供， 目前比较合适的使用场合就是交流市电供电的LED灯具采用很多小功率LED串联也就是高压小电流的情况是最为合适；但是由于恒流二极管的耐压有一定的限制 所以它所能吸收的电源电压变化也是有限的。就拿100V耐压的CRD来说用在220V市电电源里都还只能对付有限的电压变化。220V经过桥式整流以后它的输出直流电压大约为264V.如果市电变化+10% ~-15%就相当于整流后为290~187V, 电压变化103V.已经超过其耐压了。因为LED伏安特性的非线性 所以很难用公式来表示。总之当市电电压降低时LED中的电流就会随市电电压的降低而降低。其亮度也会跟着变。 典型应用电路中图3为典型的应用电路， 图4为加了阻容降压的应用电路为了应对低电压的输出场合。

　　四 采用单极PFC的Buck电路

随着目前法规和能效的需求， 针对LED应用提出高PF以及适应全电压范围都能可靠工作的要求， 并且朝小型化方面发展， 因此之前的填谷式的PFC电路也需要增加两个高压电容因体积的限制不太适合应用。有鉴如此， 国内外很多厂商都推出了适应球泡灯和T管之类的非隔离电源应用驱动方案， 下面