怎樣設計LED線性恒流驅(qū)動電路

LED是冷光源，工作電壓低、光效高，被認為是21世紀照明的新光源。然而，目前LED照明設備投有得到普及應用的關(guān)鍵問題有兩個，一是價格偏高；二是控制電路不穩(wěn)定導致LED壽命大大降低。據(jù)統(tǒng)計，目前LED白光照明燈具出現(xiàn)的失效故障，70％左右是電源問題，20％左右是線路和結(jié)構(gòu)問題，只有不到10％是LED單管的本身質(zhì)量問題，所以電源管理方案的選擇對于節(jié)能而言也舉足輕重，這就要求在驅(qū)動電路設計中選擇最合適的AC-DC驅(qū)動器。因此可靠、低成本的控制電路是LED照明推廣普及的前提。

　　由LED的電學特性可知，LED的平均正向電流隨著正向電壓的增大呈現(xiàn)大幅度的線性增長，LED在正向?qū)ê笃湔螂妷旱募毿∽儎訉⒁餖ED電流的很大變化，且電流對LED結(jié)溫影響很大，過大的電流很容易導致LED燈珠結(jié)溫升高而損壞。此外，由LED的光學特性可知隨著正向電流的增加，LED光通量隨之增大，即亮度增加。因此為了保持LED發(fā)光亮度的恒定，就要保證LED正向電流的穩(wěn)定。因此設計合理的驅(qū)動電源對于LED照明燈具就顯得十分重要。

　　本文提出了一種LED線性恒流驅(qū)動電路，該電路具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、效率高、體積小等特點，很適合做室內(nèi)照明LED燈具（如LED日光燈）的驅(qū)動電源。

　　1 LED線性恒流驅(qū)動電路

　　LED燈在使用時需要多顆燈珠串聯(lián)或者并聯(lián)起來才能工作，采用并聯(lián)方式驅(qū)動多只LED雖然所需的電壓較低，但由于每只LED的正向壓降不同，使得每只LED的亮度不同，除非采用單獨的調(diào)節(jié)的方式來保證每只LED有相同的亮度。所以并聯(lián)方式要保證亮度均勻一致，實現(xiàn)起來比較復雜。而采用串聯(lián)方式能夠保證流過每只LED的電流相同，亮度一致，是目前常用的結(jié)構(gòu)。

　　當采用串聯(lián)型的驅(qū)動方式時，如果其中一個或幾個LED發(fā)生故障而斷路（短路對電路影響較小可忽略），會使電路發(fā)生斷路而不能正常工作。為了避免此缺陷，可在每個LED兩端反向并聯(lián)一個穩(wěn)壓管（如圖l所示），當某個LED燈珠發(fā)生斷路時，其并聯(lián)的穩(wěn)壓管投人工作，保證了串聯(lián)燈珠電流不變。要注意的是，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值要比LED的導通電壓要高，否則并聯(lián)的穩(wěn)壓管會分流掉一部分電流而使LED將變暗甚至不亮。

　　圖1 LED串聯(lián)驅(qū)動電路

　　本文采用串聯(lián)驅(qū)動方式，其LED線性恒流控制電路如圖2所示。

　　圖2 LED線性恒流控制電路

　　圖中，Vz1、Vz2、VQ1、VQ2、R1、R2構(gòu)成線性恒流源，它保證了流過每只白光LED的電流相同，得到均勻的亮度。LED驅(qū)動電源采用市電直接整流濾波，得到控制LED的直流工作電壓，無需升壓或降壓處理，故電源驅(qū)動電路簡潔，且電源效率高。所使用的LED是高亮度的白光LED（工作電壓范圍為：3.0～3.2V），利用94個LED燈珠組成LED日光燈。

　　下面，進行線性恒流源電路的工作原理分析，電路采用互補型兩端恒流源結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

　　圖3 互補型兩端恒流源電路

　　晶體管VQ1，穩(wěn)壓管Vz1和R1構(gòu)成一個恒流源，此恒流源給穩(wěn)壓管Z2提供穩(wěn)定的工作電流，而晶體管VQ2，穩(wěn)壓管Vz2和R2構(gòu)成另一個恒流源共給穩(wěn)壓管Vz1穩(wěn)定的工作電流。由于兩個恒流源互相穩(wěn)定對方的穩(wěn)壓管工作點，使穩(wěn)定電壓Vz1和Vz2以及流過該恒流單元的總電流均不再變化，因此可以保證流過LED的工作電流的恒定。

　　圖中各電流與電壓之間關(guān)系如下：

　　流經(jīng)LED的工作總電流，ILED為：

　　我們采用的LED燈珠是0.06 W的LED，工作電流為20mA，為了設計方便，選用的電路元器件是完全對稱的，參數(shù)分別為：

　　將以上參數(shù)代入式（1）可得：

　　恒流源電路提供工作電流為20mA，滿足所用燈珠要求。