应用于建筑物及室内照明的LED驱动电路

led是一种能效比白炽灯高得多的光源,但它们要求专用电子驱动电路,确保不遭受过大应力,从而使它们继续提供产品规格中所宣称的长寿命。通过设计新的照明方案,led的紧凑尺寸使其能够置于柔性灯条中,易于隐藏在橱柜或楼梯中。如果在设计参数范围内工作且不遭受过大应力,led的使用寿命能比白炽灯泡长100倍。
led的主要工作参数相对简单:保持led电流恒定,且低于能够承受的最大电流。如果驱动电路以led的规格维持工作,它们的光输出将恒定,使用寿命将超过5万小时。
建筑物及室内照明灯具的设计针对的是在全球所有地区工作,需要遵从全球规范。灯具需要以50或60 hz频率在85 vac至265 vac的完整通用电压规格范围内工作。传统电源提供精确的电压输出及不同电流电平。将一颗电阻与led串联,就可以限制电流。此类设计的先决条件是明确知道led(串)两端的电压,并且此电压不会跟随led温度变化而改变。不利的是,led正向电压确实会跟随温度而变化。
led制造商通常根据正向电压对其元件进行编码,使灯具制造商能够构建在固定温度时能与led正向电压匹配的灯具设计。不要求led编码的电路会颇具吸引力,因为它会节省led制造商的时间,且led的价格会更便宜。led的正向电压还具有负温度系数(即温度升高时正向电压下降),可能会使电路热失控,故要求设计人员在设计中构建防护电路。
驱动led的最佳方案是电路监测电流并保持电流恒定的方案。此类电路不受led正向电压影响,无须led编码,且消除了led具有的正向电压负温度系数之影响。此类电路可以是复杂的开关稳压器,或是带反馈环路的线性稳压器。复杂的开关稳压器极适合高光输出应用,如以能效为主的街道照明。
建筑物及室内照明灯具非常适合简单、经济及强固的混合电路。它们设计的能效可能不像复杂的开关稳压器那样高,但低成本和简单使其成为极具吸引力的选择。这些电路能够以50或60 hz频率在85 vac至265 vac的完整通用电压规格下工作。
图1所示的电路由整流桥、斩波器(chopper)和简单的稳流器构成。全波桥由二极管d1、d2、d3和d4(1n4004)构成,为斩波器电路注入信号。开关q2(ndd03n50z)立即导通,电容c1(22 µf)开始充电。
电阻r1(330 kω)和r2 (390 kω)是分压器。当二极管d5(mmsz5260bt1g)的阴极电压达到43.5 v时,齐纳二极管导电,并导通q1(mpsa44)。q1导通,就会将q2的门极拉至低电平,致其关闭。电路中还包含二极管d6(mmsz15t1g),用于保护q2的门极。
电容c1两端之电压维持在80 v与90 v之间。c1存储的电荷为恒流稳流器(ccr) (nsi45020at1g)及led串(此电路示例中含22颗led)供电。ccr将led串的电流维持在20 ma。电路中包含与led串联的电阻r4 (10 ω, 1.0 %),用于测量led串电流(200 mv = 20 ma)。
图2中的迹线明确显示,整流桥电压增加到高于80 v时,斩波器电路开关并限制施加在稳流器电路上的电压。迹线1是整流桥电路的输出波形。迹线2是斩波器电路输出部份的电容c1两端的电压。迹线3是电流感测电阻(10 ω, 1.0 % = 200 mv = 20 ma)两端的电压。
图1 led驱动电路
图2 在150 vac输入电压条件下电路不同部份的电压
而输入电压为85 vac条件下的电压波形示波器迹线显示,仍有足够的设计裕量(head room)来让q1保持在导通状态更长时间,使电容c1保持在完整充电的状态。当输入电压降低至54 vac, led电流便开始下降。
在265 vac的高输入电压条件下,q1导通时间极短。然而,迹线2显示,仍有足够的能量来为q1充电,并在关闭周期维持led电流。
此电路可以调节,从而在不同led阵列的条件下工作。ccr提供高达160 ma的额定电流。要支持更高电流,可以并联布设ccr。c1、r1和r2的值的选择需要匹配使用的led的类型及数量。
结论
建筑物及室内照明灯具藉使用简单、经济及强固的混合电路,能够利用led的优势,获得led宣称的长使用寿命。本文介绍的电路设计使用了简单的斩波器及ccr,它们的配置能够以50或60 hz频率在85 vac至265 vac的完整通用电压规格下工作。

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