小功率LED驅(qū)動(dòng)電源電路設(shè)計(jì)

　　一 阻容降壓

　　1. 阻容降壓的原理和應(yīng)用

　　電容降壓實(shí)際上是利用容抗限流，而電容器實(shí)際上起到一個(gè)限制電流和動(dòng)態(tài)分配電容器和負(fù)載兩端電壓的角色。

　　2. 采用電容降壓時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)

　　根據(jù)負(fù)載的電流大小和交流電的工作頻率選取適當(dāng)?shù)碾娙荩皇且罁?jù)負(fù)載的電壓和功率，限流電容必須采用無極性電容，不能采用電解電容。而且電容的耐壓須在400V以上，最理想的電容為聚丙烯金屬薄膜電容。電容降壓不能用于大功率條件，一般用于5W以下小功率應(yīng)用場合，電容降壓不適合動(dòng)態(tài)負(fù)載條件，電容降壓不適合容性和感性負(fù)載，在LED電源的驅(qū)動(dòng)方面應(yīng)用上適合單電壓應(yīng)用。

　　3. 阻容降壓式簡易電源的基本電路如（圖1）

　　C1為降壓電容器， VD1， 2， 3， 4為橋式整流二極管， VD5是穩(wěn)壓二極管， R1為關(guān)斷電源后C1的電荷泄放電阻。

　　4. 器件選擇

　　電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先測定負(fù)載電流的準(zhǔn)確值，然后參考示例來選擇降壓電容器的容量。因?yàn)橥ㄟ^降壓電容C1向負(fù)載提供的電流Io， 實(shí)際上是流過C1的充放電電流Ic.C1容量越大，容抗Xc越小，則流經(jīng)C1的充、放電電流越大。當(dāng)負(fù)載電流Io小于C1的充放電電流時(shí)，多余的電流就會流過穩(wěn)壓管，若穩(wěn)壓管的最大允許電流Idmax小于Ic-Io時(shí)易造成穩(wěn)壓管燒毀。為保證C1可靠工作，其耐壓選擇應(yīng)大于兩倍的電源電壓。泄放電阻R1的選擇必須保證在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)泄放掉C1上的電荷。

　　5. 實(shí)際參數(shù)計(jì)算方法

　　已知C1為0.33μF， 交流輸入為220V/50Hz， 求電路能供給負(fù)載的最大電流。

　　C1在電路中的容抗Xc為：

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

　　流過電容器C1的充電電流（Ic）為：

　　Ic = U / Xc = 220 / 9.65 = 22mA.

　　二 線性驅(qū)動(dòng)電路

　　1. 典型的電路如（圖2）

　　2. 工作原理

　　R3為恒流電阻， 利用R3的壓降來控制TL432的開關(guān)， 在利用432的開關(guān)來控制Q1的導(dǎo)通從而達(dá)到輸出恒流的目的， 選擇432的目的是利用432基準(zhǔn)為1.21V來降低在R3上的損耗。電流恒流值之為1.21/R3， R1選擇根據(jù)Q1的放大倍數(shù)來選取。

　　3. 應(yīng)用場合注意事項(xiàng)

　　此電路建議應(yīng)用在單電壓輸入， 輸出電流小電流的LED電源驅(qū)動(dòng)上， 比如球泡燈， T管等， 一般建議輸出電流在100mA下。同時(shí)輸出電壓越接近輸入會比較好， 這樣避免Q1的的壓降過大而造成損耗過大， 效率較低， 因此LED的使用也最好串聯(lián)使用。

　　三 恒流二極管驅(qū)動(dòng)電路

　　1. 典型的電路如（圖3， 圖4）

　　2. 工作原理

　　理想的恒流源是一種內(nèi)阻為無窮大的器件， 不論其兩端電壓為何值， 其流經(jīng)的電流永遠(yuǎn)不變。當(dāng)然這種器件是不可能存在的。實(shí)際的恒流二極管相當(dāng)于一個(gè)在一定工作電壓范圍內(nèi) 例如25-100V其電流恒定為某一值例如20mA.其等效電路如圖5所示。

　　其內(nèi)阻為Z， 并聯(lián)的電容大約為4-10pF.其典型的伏安特性如圖六所示。

　　它在某一個(gè)電壓范圍內(nèi)有一段恒流區(qū)間， 在這個(gè)區(qū)間， 流經(jīng)的電流幾乎不變， VL為到達(dá)IL的電壓值， IL大約為0.8Ip.

　　3. 應(yīng)用注意事項(xiàng)

　　由于恒流二極管需要一定的電壓Vk才能夠進(jìn)入恒流， 所以太低的電源電壓是無法工作的。通常這個(gè)Vk大約在5-10V左右 所以大多數(shù)采用電池供電的LED是無法工作的， 最大電流由于恒流二極管的功耗受到限制， 所以過大的電流也是不合適的。例如1W的LED通常需要350mA， 恒流二極管就很難提供， 目前比較合適的使用場合就是交流市電供電的LED燈具采用很多小功率LED串聯(lián)也就是高壓小電流的情況是最為合適；但是由于恒流二極管的耐壓有一定的限制 所以它所能吸收的電源電壓變化也是有限的。就拿100V耐壓的CRD來說用在220V市電電源里都還只能對付有限的電壓變化。220V經(jīng)過橋式整流以后它的輸出直流電壓大約為264V.如果市電變化+10% ~-15%就相當(dāng)于整流后為290~187V， 電壓變化103V.已經(jīng)超過其耐壓了。因?yàn)長ED伏安特性的非線性 所以很難用公式來表示?？傊?dāng)市電電壓降低時(shí)LED中的電流就會隨市電電壓的降低而降低。其亮度也會跟著變。 典型應(yīng)用電路中圖3為典型的應(yīng)用電路， 圖4為加了阻容降壓的應(yīng)用電路為了應(yīng)對低電壓的輸出場合。

　　四 采用單極PFC的Buck電路

　　隨著目前法規(guī)和能效的需求， 針對LED應(yīng)用提出高PF以及適應(yīng)全電壓范圍都能可靠工作的要求， 并且朝小型化方面發(fā)展， 因此之前的填谷式的PFC電路也需要增加兩個(gè)高壓電容因體積的限制不太適合應(yīng)用。有鑒如此， 國內(nèi)外很多廠商都推出了適應(yīng)球泡燈和T管之類的非隔離電源應(yīng)用驅(qū)動(dòng)方案， 下面就以通嘉科技的LD7832做為典型介紹。

　　1. LD7832介紹

　　LD7832是一款應(yīng)用在Buck電路中采用TM模式控制的高PF值LED驅(qū)動(dòng)控制芯片， 應(yīng)用外圍元件少最大限度的減少了PCB尺寸， 保護(hù)功能齊全， 滿足各項(xiàng)功能測試和可靠性應(yīng)用測試的要求， 設(shè)計(jì)調(diào)試相當(dāng)簡單， 最大限度的滿足客戶要求快速設(shè)計(jì)上線量產(chǎn)并滿足法規(guī)的需求， 適合在30W以下球泡燈， T管等產(chǎn)品應(yīng)用， 為了適應(yīng)不同需要， LD7832有外置MOS和內(nèi)置MOS（2A）不同的版本供選擇。

　　2. 特點(diǎn)

　　內(nèi)置600V高壓啟動(dòng)電路

　　高PFC功能控制器

　　高效過渡模式控制

　　低成本設(shè)計(jì)應(yīng)用外圍零件最少

　　電流調(diào)整精度高

　　寬范圍 UVLO （17V開， 8V 關(guān)）

　　Vcc 過電壓保護(hù)功能

　　ZCD欠壓保護(hù)功能

　　Cs短路保護(hù)功能

　　環(huán)路開路保護(hù)功能

　　IC內(nèi)部OTP保護(hù)功能（針對集成MOS IC）

　　250mA/-500mA驅(qū)動(dòng)能力

　　3. 工作原理

　　LD7832是采用電壓模式控制在邊界條件下工作的固定開通時(shí)間的PFC控制器， 利用IC的Comp電壓和IC內(nèi)部的Ramp信號做比較來決定MOS的開通時(shí)間。工作原理波形如下圖7。

　　在半個(gè)輸入電壓周期內(nèi)， 控制TON固定， 則電感電流峰值跟隨輸入電壓峰值， 且相位相同， 實(shí)現(xiàn)高功率因素PF， 有如下等式：

　　LT）t（V）t（IONIN）peak（L= （1）

　　4. 典型應(yīng)用線路

　　5. 關(guān)鍵零件參數(shù)設(shè)計(jì)

　　5.1 Buck電感設(shè)計(jì)

　　先確定最大占空比， 再由輸出LED電壓， 電流算出Buck電感量：

　　D= VLED/VINDC （2）

　　L=【（1-D）*VLED】/（2*FSW*ILED） （3）

　　5.2 Iled 電流設(shè)定

　　LD7832內(nèi)置的定電流電壓準(zhǔn)位為0.2V， 由此：

　　ILED=0.2/Rs （4）

　　5.3 Zcd 參數(shù)設(shè)計(jì)

　　LD7832 ZCD的內(nèi)部電壓鉗位在0.3--5V，IC通過檢測ZCD pin電壓來控制Gate on/off并且確保IC工作在TM模式，同時(shí)此Pin還具有OVP保護(hù)功能，如果IZCD》200uA，ZCD OVP功能啟動(dòng)，加上Rz2的目的是為了減少高電壓輸入時(shí)對ZCD pin的干擾，誤觸發(fā)ZCD 的OVP.建議的Rzcd（RZ1）電阻取值如下式，Rzcd阻值建議至少大于100k：

　　1.3*uA2005V）（VR）（ZCDOUTZCD（Rz1）_OVP？》 （5）---如果沒有Rz2

　　1.3*}uA200{5/Rz25V）（VR）（ZCDOUTZCD（Rz1）_OVP+？》 （6）-----如果加上Rz2

　　5.4 Vcc設(shè)計(jì)

　　參考圖8， Zenor取值根據(jù)VOUT電壓設(shè)計(jì)， 一般Vcc取值設(shè)定在16V左右， Zenor=Vout-Vcc， Vcc電容設(shè)定在10-22μF.

　　5.5 Comp 參數(shù)選擇

　　建議的Comp 電容取值范圍在0.22-1μF左右。

　　5.6 應(yīng)用實(shí)例（輸出24V300mA）

　　5.6.1實(shí)際的應(yīng)用線路圖

　　5.6.2 實(shí)際測試輸出電流精度和效率

　　測試條件：

　　Input:AC90/110/220/264（60HZ）

　　Output:CV mode： 20.4-27.6V

　　電流精度（%）：

　　5.6.3 PF和THD