LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 張 亞

LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 張 亞

LED（light-emitting diode）即發(fā)光二極管是一種可以將電能轉(zhuǎn)化為光能的電子器件。LED 具有節(jié)能、環(huán)保、使用壽命非常長是等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)節(jié)能減排起到了很大的作用，是目前廣泛使用的固體發(fā)光光源。本文設(shè)計(jì)了一種LED恒流驅(qū)動(dòng)電源，具有效率高、成本低、體積小等特點(diǎn)。

LED；驅(qū)動(dòng)電路；恒流電路

1 引言

發(fā)光二極管（英語：Light-Emitting Diode，簡(jiǎn)稱LED）是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的低壓、非線性半導(dǎo)體器件。LED具有節(jié)能、環(huán)保、功耗低、壽命長、維護(hù)簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于景觀照明、背光源、汽車、交通指示等各種指示、顯示領(lǐng)域，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

2 LED的驅(qū)動(dòng)方式

LED是一種特殊的二極管，不能直接接在交流市電或直流電源上，這是因?yàn)楣ぷ麟娏鞯囊粋€(gè)小的波動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致LED的工作電壓超出其額定范圍，從而導(dǎo)致LED燒壞。為了穩(wěn)定LED的工作電流，保證LED能正?？煽康墓ぷ鳎鞣N各樣的LED驅(qū)動(dòng)電路就應(yīng)運(yùn)而生了。LED驅(qū)動(dòng)就是通過整流、濾波、穩(wěn)壓和功率因數(shù)校正等為LED正常工作提供恒定的電流源。不同系列的LED光源，其工作電壓和電流是不同的，因此其驅(qū)動(dòng)電路也各不相同。LED的驅(qū)動(dòng)方式多種多樣，其性能也各有高低。LED驅(qū)動(dòng)電路按其驅(qū)動(dòng)方式可以分為幾種方式：

（1）電阻限流驅(qū)動(dòng)：就是簡(jiǎn)單的在LED的回路中串接電阻，通過調(diào)節(jié)電阻的阻值，可以改變LED的驅(qū)動(dòng)電流。這種驅(qū)動(dòng)方式電路簡(jiǎn)單、成本低，但電壓變化時(shí)LED的亮度就會(huì)變化，甚至燒壞LED。

（2）恒壓驅(qū)動(dòng)：就是保持LED兩端的電壓恒定不變的驅(qū)動(dòng)方式。這種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、電路成熟；缺點(diǎn)是LED亮度不均勻很容易造成LED損壞。所以很少用恒壓的方式來驅(qū)動(dòng)LED。

（3）恒流驅(qū)動(dòng)：就是保證流過LED的電流恒定不變的驅(qū)動(dòng)方式。這種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是無論電源電壓變化還是LED工作電壓變化，都能保證LED發(fā)光亮度均勻不變。如果電路中增加過流和過壓保護(hù)功能，還能保護(hù)LED不會(huì)被燒壞。

3 驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成及設(shè)計(jì)

流過LED的電流決定了LED的發(fā)光強(qiáng)度和壽命，電流過強(qiáng)會(huì)引起LED的光衰，降低使用壽命，電流過弱會(huì)影響LED的發(fā)光強(qiáng)度，因此LED的驅(qū)動(dòng)需要提供恒定的電流源，以保證LED使用的安全性，同時(shí)達(dá)到理想的發(fā)光強(qiáng)度。

驅(qū)動(dòng)電路的基本功能之一就是把接入的電源變換成LED需要的工作電源。在選擇和設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)要考慮到以下幾點(diǎn)：高可靠性、高效率、高功率因數(shù)、浪涌保護(hù)、壽命、電磁兼容、調(diào)光等。

單顆LED的照明效果有限，在實(shí)際使用中，一般是使用很多顆LED組成一個(gè)燈陣來達(dá)到所需要的照明效果。LED燈串通常采用串并聯(lián)混接的方式。這是因?yàn)榇?lián)需要輸出高電壓，不僅電路設(shè)計(jì)困難而且也很危險(xiǎn)，如果某個(gè)LED燈壞了整個(gè)電路就無法工作，可靠性低。如果采用并聯(lián)方式需要驅(qū)動(dòng)電源輸出很大的電流，如果沒有過流保護(hù)的話容易燒壞驅(qū)動(dòng)電源。LED驅(qū)動(dòng)電路的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖2 5W LED燈驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方案

圖1 驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)框圖

首先要將高壓的交流市電變換成低壓的直流電，然后經(jīng)過恒流驅(qū)動(dòng)芯片輸出恒流才能用于驅(qū)動(dòng)LED 光源。

3.1 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

這里介紹一種5W LED燈驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

這里用的LED驅(qū)動(dòng)芯片是FT831B，它是一款原邊反饋的PWM控制芯片，主要應(yīng)用于功率小于10W的電源產(chǎn)品中。它的特點(diǎn)是原邊控制恒流、恒壓，驅(qū)動(dòng)電流外部可調(diào)，線損補(bǔ)償外部可調(diào)，內(nèi)置線電壓補(bǔ)償?shù)取４送?，還具有過壓保護(hù)、過溫保護(hù)、反饋開路保護(hù)和短路保護(hù)等功能。

圖中的B1是單相橋式整流電路，將交流變成直流，給驅(qū)動(dòng)芯片F(xiàn)T831B輸入穩(wěn)定的直流，保證電路正常工作。

C1、L1、C2組成C-L-C濾波電路，把脈沖直流變換成平滑的直流。這路選用電感濾波是因?yàn)殡姼袨V波電路利用電感器兩端的電流不能突變的特點(diǎn)，把電感器與負(fù)載串聯(lián)起來，以達(dá)到使輸出電流平滑的目的。從能量的觀點(diǎn)看，當(dāng)電源提供的電流增大（由電源電壓增加引起）時(shí)，電感器L把能量存儲(chǔ)起來；而當(dāng)電流減小時(shí)，又把能量釋放出來，使負(fù)載電流平滑，所以電感L有平波作用。

電路中與CS端相接的R6和R7的阻值與變壓器匝數(shù)比決定了輸出電流，而與FB端相接的R4和R5的阻值與變壓器匝數(shù)比決定了輸出電壓。

此方案的特點(diǎn)是前端反饋、無需光耦、成本低，內(nèi)置過壓、過溫、開路、短路保護(hù)，符合綠色節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)論文從LED的特性和驅(qū)動(dòng)方式出發(fā)，論述了LED的各種驅(qū)動(dòng)方式，并以流過LED的電流恒定為基本目的，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的LED驅(qū)動(dòng)電路。在整個(gè)設(shè)計(jì)中，首先闡述了該驅(qū)動(dòng)電路的基本原理，給出了理論依據(jù)。然后根據(jù)功能需要設(shè)計(jì)了一個(gè)驅(qū)動(dòng)5WLED的驅(qū)動(dòng)電路。采用FT831B設(shè)計(jì)的LED驅(qū)動(dòng)電路可以克服因電壓不穩(wěn)所引起的發(fā)光強(qiáng)度的變化，整個(gè)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)快速,穩(wěn)流性能好。在LED光源的設(shè)計(jì)中，考慮各種因素，成功的完成了用LED光源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光源，使光源兼有節(jié)能、環(huán)保、長壽和美觀等特點(diǎn)。本電路可應(yīng)用于太陽能照明系統(tǒng)中,也適用于AC/DC的照明系統(tǒng)中。

[1]王易,徐祥柱,黎兆宏,明鑫,周澤坤,張波.一種用于LED驅(qū)動(dòng)的恒流控制電路設(shè)計(jì)[J].微電子學(xué),2012,42(02):229-232.

[2]巢時(shí)斌,丘東元,張波.LED驅(qū)動(dòng)方式分析及性能比較[J].電氣應(yīng)用,2011,30(14):40-44+62.

[3]來清民.LED照明驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例[M].北京:中國電力出版社,2015,04.

張亞（1980—），男，安徽穎上人，工程師，現(xiàn)供職于常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，從事研究方向：嵌入式系統(tǒng)。