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          LED照明燈驅動電路的設計

          39度創意研究所 ? 2018-09-21 11:11 ? 次閱讀

          隨著固態照明工業領域的興起與不斷改進,發光二極管(LED)因其具有高效、節能、壽命長、環保等特點,已成為現今照明技術的可選方案,并逐漸被應用于照明。促使人們關注LED照明技術的一個關鍵因素是,其大大降低了能源的消耗,并可實現長期可靠的工作。當然,采用LED照明,首先需要考慮的是其亮度、成本以及壽命。由于影響LED壽命的主要原因是其頻繁啟動瞬間的電流沖擊,外界的各種浪涌脈沖,以及正常工作時的電流限制等,筆者在本文介紹的電路綜合了這些因素,從電路設計上盡量避免大電流對LED照明燈具的沖擊,并將其工作電流穩定在某一范圍內,解決了目前LED照明燈具的亮度衰減問題,從2而有效地延長其使用壽命。

          LED照明燈驅動電路的設計

          一、驅動電源

          LED均采用直流驅動,因此在市電與LED之間需要加一個電源適配器即LED驅動電源。它的功能是把交流市電轉換成適合LED的直流電。通常驅動LED采用專用恒流源或者驅動芯片,容易受體積和成本等因素的限制,最經濟實用的方法就是采關于LED的驅動方式LED驅動電源按其驅動方式可以分為恒流式和穩壓式。恒流式驅動電路輸出的電流是恒定的,輸出的直流電壓隨著負載阻值的大小不同會在一定范圍內變化,負載阻值小,輸出電壓就低,負載阻值越大,輸出電壓也越高。對于穩壓電源電路而言,其輸出的電壓是固定的,而輸出的電流卻隨著負載的增減而變化。

          由于LED是電流隨電壓變化顯著的器件,當LED正向導通時,其正向電壓的微小變化便可引起LED電流的巨大變化。對于穩壓式LED驅動電源,當負載變化時,電流波動較大,LED在大電流下工作較長時間會損壞。

          LED照明燈驅動電路的設計

          實驗表明,當流經LED的實際電流為其允許的最大電流的70%時,LED的發光效能為最佳。同時,由于發光二極管PN結的電壓溫度系數為-2mV/℃左右,當LED散熱不良導致溫度升高時,其工作電流也會較初始階段有明顯變化,這也是市面上各種LED產品快速老化的主要原因。顯然,保證LED的驅動電流穩定對于LED的防老化顯得尤為重要。因此,恒流式驅動電源是比較理想的LED驅動方式。用電容降壓式電源。用它驅動小功率LED,具有不怕負載短路、電路簡單等優點,而且一個電路能驅動1~70個小功率LED(但是,這種電源電路啟動時的電流沖擊,尤其是頻繁啟動,會給LED造成破壞。當然,采取適當的保護便可避免這種沖擊)。

          F,oI的單位是A。限流電容必須采用無極性電容,而且電容的耐壓值須在630V以上。m電容降壓式電源的典型電路如圖1所示,C1為降壓電容器(采用金屬化聚丙烯電容),R1為C1提供放電回路。電容C1為整個電路提供恒定的工作電流。電容C2為電解電容,其耐壓值取決于所串聯的LED的個數(約為其總電壓的1.5倍以上),它的主要作用是抑制通電瞬間引起的電壓突變,從而降低電壓沖擊對LED壽命的影響。R4為電容C2的泄流電阻,其阻值應隨著LED個數的增加適當增加。需要注意的是,該電路必須根據負載的電流大小選取適當的電容,而不是依據負載的電壓和功率,通常降壓電容C1的容量C與負載電流Io的關系可近似認為:C=14.5oI,其中C的容量單位是

          LED照明燈驅動電路的設計

          圖2PTC熱敏電阻

          二、保護電路

          由于電容降壓電源是一種非隔離式電源,在通電瞬間會產生很大的電流,也就是所謂的浪涌電流。此外,由于外界環境的影響(如雷擊),電網系統會侵入各種浪涌信號,有些浪涌會導致LED的損壞。而LED抗浪涌電流和抗反向電壓能力都比較差,加強這方面的保護也非常重要,尤其是有些LED燈裝在戶外(如LED路燈)。因此LED驅動電源要有抑制浪涌的侵入、保護LED不被損壞的能力。本電路用負溫度系數熱敏電阻來限制電流的突變,利用正溫度系數熱敏電阻自動調節電流大小,使之趨于某個特定的變化范圍,同時在電源輸入端并有瞬態電壓抑制器以避免電壓過載。

          (一)負溫度系數熱敏電阻保護

          負溫度系數熱敏電阻簡稱NTC熱敏電阻,NTC是NegativeTemperatureCoefficient的縮寫,意思是負的溫度系數,泛指負溫度系數很大的半導體材料或元器件,限制浪涌電流的最簡單有效的方法是在線路輸入端串聯一只NTC熱敏電阻,如圖1中的R2。由于在冷啟動時,NTC熱敏電阻呈現高阻抗,因而使浪涌電流得到限制。而當電流的熱效應使NTC熱敏元件的溫度升高,NTC阻值急劇下降時,對系統的電流限制作用會較小。由于NTC熱敏電阻在熱態下的阻抗并不是零,故會產生功率損耗,當然,這種損耗是很小的。

          (二)正溫度系數熱敏電阻保護

          正溫度系數熱敏電阻PTC(PositiveTemperatureCoefflCient)是指在某一溫度下電阻急劇增加、具有正溫度系數的熱敏電阻。為使電路中的電流在正常工作下趨于穩定,本電路還采用了PTC熱敏電阻(見圖2),如圖1中的R3。電流通過PTC熱敏電阻后引起溫度升高,即發熱體的溫度上升,當超過居里點溫度后,電阻增加,從而限制電流增加,于是電流的下降導致元件溫度降低,電阻值的減小又使電路電流增加,元件溫度又升高,周而復始,因此具有使溫度保持在特定范圍的功能。正常情況下,PTC元件串接在電路中,呈低阻狀態,保證電路正常工作;當電路發生短路或竄入異常大電流時,PTC元件的自熱使其阻抗增加把電流限制到足夠小,起到過電流保護作用。當產生過電流的故障得到排除,PTC元件自動復原到低阻狀態。既避免了維護更換,也避免了可能引起電路損壞的持續循環的開閉狀態。

          圖3筆者制作的照明模塊

          (三)瞬態電壓抑制器保護

          瞬態電壓抑制器(TransientVoltageSuppressor),簡稱TVS,是在穩壓管基礎上發展起來的一種高效保護器件,主要用于對電路元件進行快速過壓保護。當TVS管兩極受到反向瞬態高能量沖擊時,它能以10~12s量級的速度將兩極間的高阻抗變為很低的阻抗,吸收高能量的浪涌,將兩極間的電壓鉗位于一個預定值,保護電子線路中的元器件免受各種浪涌脈沖的沖擊而損壞。對于過壓保護這一方面,本電路就是在電源輸入端并聯了TVS,如圖1中的VD3,這樣可以將電壓維持在TVS最大承受范圍之內,當出現電壓高于TVS擊穿點的過壓現象時,可以讓電流流經TVS,借此保護LED照明燈具。實驗表明,將指針萬用表串入電路后,在電路通電瞬間,指針突然偏轉大角度的現象得到明顯的改善,有效地防止了浪涌電流對LED的沖擊。同時,啟動一段時間后,電流有所下降,并逐漸趨于穩定。在器件的選用方面,用1W的金屬膜電阻或線繞電阻代替NTC也可達到要求,過壓保護選用TVS或者壓敏電阻均可。在線路板設計方面,需要注意的是,高壓輸入部分(即電源輸入端到整流橋部分)應盡量遠離后面的負載電路,而且在允許的情況下,高壓輸入部分導線間的距離應保證在1mm以上。基于這些方面的考慮,筆者設計了如圖3所示LED照明燈具,此照明模塊已經連續工作了4年左右,亮度未見有所衰減,而且未經任何維護。此電路易于推廣、普及,可廣泛應用于公共照明、走廊、倉庫等。

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          計算寄存器模數轉換器的最小捕獲時間的簡單方法的確定(第一部分)

          SAR驅動電路保護系統的解決方案與系統性能改善技術的詳細概述

          開關電容逐次逼近寄存器(SAR)模擬數字轉換器(ADC)的驅動電路設計是至關重要的。ADS8568是....

          發表于 05-29 09:26 ? 131次 閱讀
          SAR驅動電路保護系統的解決方案與系統性能改善技術的詳細概述

          如何精確測量ADC驅動電路的穩定時間方法的詳細概述

          許多現代數據采集系統由高速、高分辨率的ADC組成,由于低成本和低功耗,經常選擇1個CMOS開關、電容....

          發表于 05-24 16:05 ? 153次 閱讀
          如何精確測量ADC驅動電路的穩定時間方法的詳細概述

          步進電機驅動電路圖大全(六款二相步進電機/三相反應式/LT2221驅動電路)

          本文主要介紹了六款步進電機驅動電路圖。其中包括了二相步進電機驅動電路、三相反應式步進電機、4線步進電....

          發表于 05-23 16:38 ? 8499次 閱讀
          步進電機驅動電路圖大全(六款二相步進電機/三相反應式/LT2221驅動電路)

          基于FPGA的轉移型面陣CCD驅動電路設計

          在分析了SONY ICX415AL行間轉移型面陣CCD的驅動時序的基礎之上,提出了基于FPGA的驅動....

          發表于 05-22 10:21 ? 362次 閱讀
          基于FPGA的轉移型面陣CCD驅動電路設計

          Holtek新推出超低功耗具有液晶驅動電路Flash MCU

          Holtek新推出超低功耗具有液晶驅動電路Flash MCU,針對RTC On超低待機功耗應用提供最....

          發表于 05-16 16:41 ? 391次 閱讀
          Holtek新推出超低功耗具有液晶驅動電路Flash MCU

          關于PWM型D類音頻功率放大器的設計

          D 類音頻功放具有高效、節能、小型化的優點,廣泛應用于便攜式產品、家庭AV 設備及汽車音響等多個領域....

          發表于 05-09 14:41 ? 548次 閱讀
          關于PWM型D類音頻功率放大器的設計

          關于MOSFET用于開關電源的驅動電路

          MOSFET因導通內阻低、開關速度快等優點被廣泛應用于開關電源中。MOSFET的驅動常根據電源IC和....

          發表于 05-07 10:38 ? 1102次 閱讀
          關于MOSFET用于開關電源的驅動電路

          耳機驅動電路的問題深入探討,并給出解決方案

          另一個問題出現在當耳機被用作為線路輸出時。在便攜式系統中并沒有分離的線路輸出插座,終端用戶常常利用商....

          的頭像 面包板社區 發表于 04-27 10:50 ? 2072次 閱讀
          耳機驅動電路的問題深入探討,并給出解決方案

          詳細解析MOSFET結構及其工作原理

          MOSFET的原意是:MOS(Metal Oxide Semiconductor金屬氧化物半導體),....

          的頭像 電源聯盟 發表于 04-26 09:25 ? 1735次 閱讀
          詳細解析MOSFET結構及其工作原理

          針對NMOS驅動電路做一個簡單分析

          同時,如果簡單的用電阻分壓的原理降低gate電壓,就會出現輸入電壓比較高的時候,MOS管工作良好,而....

          的頭像 工控維修那些事兒 發表于 04-25 15:35 ? 6540次 閱讀
          針對NMOS驅動電路做一個簡單分析

          DRV8813驅動電路的詳細中文概述

          最近用到DRV8813 電機驅動芯片去控制電機,查找以了一些資料,自己對照做了一些簡單的修改,實現了....

          發表于 04-23 16:09 ? 306次 閱讀
          DRV8813驅動電路的詳細中文概述

          耐200℃高溫碳化硅MOSFET驅動電路

          提出一種耐高溫200℃的碳化硅MOSFET驅動電路。該驅動電路采用雙極性結型晶體管( BJT)作為開....

          發表于 04-20 16:15 ? 143次 閱讀
          耐200℃高溫碳化硅MOSFET驅動電路

          常用led數碼管驅動電路圖大全(TM1650/CD4511/MC33993)

          本文主要介紹了常用led數碼管驅動電路圖大全(TM1650/CD4511/MC33993)。CD45....

          發表于 03-29 09:53 ? 6156次 閱讀
          常用led數碼管驅動電路圖大全(TM1650/CD4511/MC33993)

          電源IC與MOS管選定后,選擇合適的驅動電路很關鍵

          MOSFET因導通內阻低、開關速度快等優點被廣泛應用于開關電源中。MOSFET的驅動常根據電源IC和....

          的頭像 ZLG致遠電子 發表于 03-28 08:33 ? 3604次 閱讀
          電源IC與MOS管選定后,選擇合適的驅動電路很關鍵

          數碼管動態驅動電路分析文檔下載

          數碼管動態顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一,動態驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃"a....

          發表于 03-06 13:43 ? 137次 閱讀
          數碼管動態驅動電路分析文檔下載

          SD20M60AC說明書pdf下載

          SD20M60AC 是高度集成、高可靠性的 3 相無刷直流電機驅動電路, 主要應用于較低功率的變頻驅....

          發表于 03-02 15:06 ? 270次 閱讀
          SD20M60AC說明書pdf下載

          激光二極管驅動電路圖大全(六款激光二極管驅動電路設計原理圖詳解)

          本文主要介紹了激光二極管驅動電路圖大全(六款激光二極管驅動電路設計原理圖詳解)。LD是依靠載流子直接....

          發表于 03-01 14:36 ? 15786次 閱讀
          激光二極管驅動電路圖大全(六款激光二極管驅動電路設計原理圖詳解)

          變頻器IGBT模塊故障與驅動電路(電壓)的關系

          國內廠礦企業對變頻器的應用已基本上普及,凡是用到電動機的地方,幾乎就會見到變頻器的蹤影。變頻器是....

          發表于 02-02 10:13 ? 996次 閱讀
          變頻器IGBT模塊故障與驅動電路(電壓)的關系

          半導體激光器驅動電路設計(兩款半導體電路設計)

          半導體激光器(LD)具有體積小、重量輕、轉換效率高、工作壽命長等優點,在工業、軍事、醫療等領域得到了....

          發表于 02-01 10:30 ? 1374次 閱讀
          半導體激光器驅動電路設計(兩款半導體電路設計)

          關于MOS管寄生參數的影響和其驅動電路要點

          由于存在源邊電感,在開啟和關段初期,電流的變化被拽了,使得充電和放電的時間變長了。同時源感抗和等效輸....

          發表于 01-31 11:54 ? 3127次 閱讀
          關于MOS管寄生參數的影響和其驅動電路要點

          常用LED驅動電路資料下載

          常用LED驅動電路

          發表于 01-20 10:41 ? 350次 閱讀
          常用LED驅動電路資料下載
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