常见的led驱动电源电路设计及特性分析

led驱动电源电路设计（一）

LED电源有很多种类，各类电源的质量、价格差异非常大，这也是影响产品质量及价格的重要因素之一。LED驱动电源通常可以分为三大类，一是开关恒流源，二是线性IC电源，三是阻容降压电源。

1、开关恒流源

采用变压器将高压变为低压，并进行整流滤波，以便输出稳定的低压直流电。开关恒流源又分隔离式电源和非隔离式电源，隔离是指输出高低电压隔离，安全性非常高，所以对外壳绝缘性要求不高。非隔离安全性稍差，但成本也相对低，传统节能灯就是采用非隔离电源，采用绝缘塑料外壳防护。开关电源的安全性相对较高（一般是输出低压），性能稳定，缺点是电路复杂、价格较高。开关电源技术成熟，性能稳定，是目前LED照明的主流电源。

图1：开关恒流隔离式日光灯管电源

                                                                           

图2：开关恒流隔离电源原理图

2、线性IC电源

采用一个IC或多个IC来分配电压，电子元器件种类少，功率因数、电源效率非常高，不需要电解电容，寿命长，成本低。缺点是输出高压非隔离，有频闪，要求外壳做好防触电隔离保护。市面上宣称无（去）电解电容，超长寿命的，均是采用线性IC电源。IC驱电源具有高可靠性，高效率低成本优势，是未来理想的LED驱动电源。

图5：线性IC电源

 

图6：线性IC电源原理图

3、阻容降压电源

采用一个电容通过其充放电来提供驱动电流，电路简单，成本低，但性能差，稳定性差，在电网电压波动时及容易烧坏LED，同时输出高压非隔离，要求绝缘防护外壳。功率因数低，寿命短，一般只适于经济型小功率产品（5W以内）。功率高的产品，输出电流大，电容不能提供大电流，否则容易烧坏，另外国家对高功率灯具的功率因数有要求，即7W以上的功率因数要求大于0.7，但是阻容降压电源远远达不到（一般在0.2-0.3之间），所以高功率产品不宜采用阻容降压电源。市场上，要求不高的低端型的产品，几乎全部是采用阻容降压电源，另外，一些高功率的便宜的低端产品，也是采用阻容降压电源。

图7：阻容降压电源

 

图8：阻容降压电源原理图

 

各类电源性能之比较：

led驱动电源电路设计（二）

LED电源电路大多是由开关电源电路+反馈电路这样的形式构成，反馈电路从负载处取样后对开关电路进行脉冲的占空比调整或频率调整，以达到控制开关电路输出的目的。

 

led驱动电源电路设计（三）

市场上出现一种廉价的LED手电筒，这种手电前端为5～8个高亮度发光管，使用1～2节电池。由于使用超高亮度发光管的原因，发光效率很高，工作电流比较小，实测使用一节五号电池5头电筒，电流只有100mA左右。非常省电。如果使用大容量充电电池，可以连续使用十几个小时，笔者就买了一个。从前端拆开后，根据实物绘制了电路图，如图所示。

工作原理：

接通电源后，VT1因R1接负极，而c1两端电压不能突变。VT1（b）极电位低于e极，VT1导通，VT2（b）极有电流流入，VT2也导通，电流从电源正极经L、VT2（c）极到e极，流回电源负极，电源对L充电，L储存能量，L上的自感电动势为左正右负。经c1的反馈作用，VT1基极电位比发射极电位更低，VT1进入深度饱和状态，同时VT2也进入深度饱和状态，即Ib》Ic/β（β为放大倍数）。

随着电源对c1的充电，C1两端电压逐渐升高，即VTI（b）极电位逐渐上升，Ib1逐渐减小，当Ib1《=Ic1/β时，VT1退出饱和区，VT2也退出饱和区，对L的充电电流减小。此时．L上的自感电动势变为左负右正，经c1反馈作用。VT1基极电位进一步上升，VT1迅速截止，VT2也截止，L上储存的能量释放，发光管上的电源电压加到L上产生了自感电动势，达到升压的目的。此电压足以使LED发光。

led驱动电源电路设计（四）

led驱动电源电路图如下

输入整流部分：分析高压输入整流电路的具体参数，然后选取具体保险整流二极管的规格，因为我们的功率比较低，可以选取线绕电阻作为保险，用1N4007做整流管如果功率较大要选用其他耐流更高的整流二极管。

整流滤波部分：若EMI要求较严，可增加以下π型电路，若要求没那么严格，可以只用一个滤波电容，电容跟电感的具体容量跟感量，根据总功率选取。

驱动电路部分：经过R3的电流转化为电压，反馈给IC控制输出电流，在初级绕组加DRC吸收电路，因为我们是内置mos管，驱动电路已集成在IC电路内，所以驱动mos电路不做讲解。

IC供电与外围电路部分：通过辅助绕组整流滤波单独给IC供电，通过R5与R6阻值的比例来控制输出空载电压。

输出整流滤波电路部分：通过超快恢复二极管整流和高频低阻电解滤波后，输出给负载，并在超快恢复二极管上加RC电路滤波，通过超快恢复二极管反向波形调试来选取电阻电容，以最大抑制二极管的反向尖峰，在输出端加假负载，一般设计假负载会损耗3毫安电流。

led驱动电源电路设计（五）

电容降压式电源的典型电路如图所示，C1为降压电容器（采用金属化聚丙烯电容），R1为C1提供放电回路。电容C1为整个电路提供恒定的工作电流。电容C2为电解电容，其耐压值取决于所串联的LED的个数（约为其总电压的1．5倍以上），它的主要作用是抑制通电瞬间引起的电压突变，从而降低电压冲击对LED寿命的影响。R4为电容C2的泄流电阻，其阻值应随着LED个数的增加适当增加。

需要注意的是，该电路必须根据负载的电流大小选取适当的电容，而不是依据负载的电压和功率，通常降压电容C1的容量C与负载电流IO的关系可近似认为：C=14.5IO，其中C的容量单位是uF，Io的单位是A。限流电容必须采用无极性电容，而且电容的耐压值须在630V以上。

led驱动电源电路设计（六）

电路工作原理﹕

电容C1的作用为降压和限流﹕大家都知道﹐电容的特性是通交流﹑隔直流﹐当电容连接于交流电路中时﹐其容抗计算公式为﹕XC=1/2πfC式中﹐XC表示电容的容抗﹑f表示输入交流电源的频率﹑C表示降压电容的容量。流过电容降压电路的电流计算公式为﹕

I=U/XC

式中I表示流过电容的电流﹑U表示电源电压﹑XC表示电容的容抗在220V﹑50Hz的交流电路中﹐当负载电压远远小于220V时﹐电流与电容的关系式为﹕I=69C其中电容的单位为uF﹐电流的单位为mA。

D1~D4的作用是整流﹐其作用是将交流电整流为脉动直流电压。

C2﹑C3的作用为滤波﹐其作用是将整流后的脉动直流电压滤波成平稳直流电压

压敏电阻（或瞬变电压抑制晶体管）的作用是将输入电源中瞬间的脉冲高压电压对地泄放掉﹐从而保护LED不被瞬间高压击穿。

LED串联的数量视其正向导通电压（Vf）而定﹐在220VAC电路中﹐最多可以达到80个左右。

组件选择﹕电容的耐压一般要求大于输入电源电压的峰值﹐在220V，50Hz的交流电路中时﹐可以选择耐压为400伏以上的涤纶电容或纸介质电容。D1~D4可以选择IN4007。滤波电容C2﹑C3的耐压根据负载电压而定﹐一般为负载电压的1.2倍。其电容容量视负载电流的大小而定。

 

led驱动电源电路设计（七）

led驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动led发光的电源转换器，通常情况下led驱动电源的输入包括高压工频交流（即市电）、低压直流、高压直流、低压高频交流（如电子变压器的输出）等。

在目前的LED的电源驱动器中，必须使用电解电容，小型的电解电容寿命只能达到几千小时。但使用专利IC的驱动器，完全不需要使用电解电容，寿命达到4万小时以上，是原来驱动器的10倍，而且专利IC驱动器的尺寸小，只有原来面积的四分之一，可轻易的放进LED灯泡内，不必改变原来灯泡的形状，让设计更加简单化，也更能让用户接受和喜爱。

led驱动电源电路设计（八）

在输入电压既可能高于，也可能低于LED或LED串的总电压降时，就必须使用降压/升压变换器。基于LT℃3783的降压/升压型变换器驱动8只1.5A串联LED的电路如图4所示。该LED串驱动电路的输入电压范围为9~36V，LED串的总电压降范围为18~37V.在VIN=14.4V，Vo=36V和I0=1.5A条件下，输出功率为54W，效率达93%.电路的开关频率由IC脚FREQ上的

电阻R5设置（频率范围为20kHz~1MHz），R7与R8组成的分压器设置输出过电压保护电平，连接在IC脚FBP与高侧线路之间的R4，用作感测LED电流。LTC3783支持多拓扑结构。用其还可以构筑升压转换器和降压转换器等电路。

回扫变换器、单端初级电感变换器（SEPIC）和CUK稳压器等，都可以升高或降低输入电压，

输出与输入电压在极性上可以相同或相反。每种拓扑都有独特的优势，但效率都比降压一升压稳压器低。

电容降压型LED驱动电路

图5所示为电容降压型LED驱动电路（注：图5电路绘于上期本版）。图中，C1为降压电容，R1为泄放电阻，DI~D5为桥式整流器，C2、C3为滤波电容，RVl用作瞬态过电压保护，R2为限流电阻。在220V50Hz的输入电源下，通过电容C1的电流为I=69C1（C1单位为μF，I单位为mA）。若选择C1为0.471μF，电流约为32mA.在此情况下，R1值可选择1MΩ。

电容降压型LED驱动电路仅适合于小功率应用，不能提供较大的驱动电流，而且效率很低。其优点是成本低，电路简单。

led驱动电源电路设计（十）

变压器降压LED驱动电路

种采用电源变压器降压的LED驱动电路如图6所示。变压器次边输出为12Vac，白光LED的正向压降VF=3.5V，正向电流IF=350mA.桥式整流滤波电压为12Vx2，限流电阻R1值为R1=（12V&TImes;2-3xVF）/IF=（12V&TImes;2-3&TImes;3.5V）/350mA=18.3Ω

选择R1=20Ω。R1在350mA下的功耗为0.352×20=2.45W，可选择3W的电阻。在R1=20下Ω，通过LED的电流为：

ILED=（12V×2-3×3.5V）/20Ω=323mA

若桥式整流器输入电压波动±10%，在10.8Vac下的LED电流为238mA，在13.2Vac下的LED电流则为429mA，导致LED电流变化率超过±25%.由此可见，虽然图6所示的电路比较简单，但电流调整能力很差，并且电源变压器大而笨重，不易于实现电路的小型化和轻量化。

 转载自电子发烧友 ，作为备用资料储存。