簡單的LED照明驅動電路

隨著固態照明工業領域的興起與不斷改進，發光二極管(LED)因其具有高效、節能、壽命長、環保等特點，已成為現今照明技術的可選方案，并逐漸被應用于照明。促使人們關注LED照明技術的一個關鍵因素是，其大大降低了能源的消耗，并可實現長期可靠的工作。

當然，采用LED照明，首先需要考慮的是其亮度、成本以及壽命。由于影響LED壽命的主要原因是其頻繁啟動瞬間的電流沖擊，外界的各種浪涌脈沖，以及正常工作時的電流限制等，筆者在本文介紹的電路綜合了這些因素，從電路設計上盡量避免大電流對LED照明燈具的沖擊，并將其工作電流穩定在某一范圍內，解決了目前LED照明燈具的亮度衰減問題，從而有效地延長其使用壽命。

LED均采用直流驅動，因此在市電與LED之間需要加一個電源適配器即LED驅動電源。它的功能是把交流市電轉換成適合LED的直流電。通常驅動LED采用專用恒流源或者驅動芯片，容易受體積和成本等因素的限制，最經濟實用的方法就是采用電容降壓式電源。用它驅動小功率LED，具有不怕負載短路、電路簡單等優點，而且一個電路能驅動1～70個小功率LED(但是，這種電源電路啟動時的電流沖擊，尤其是頻繁啟動，會給LED造成破壞。當然，采取適當的保護便可避免這種沖擊)。

電容降壓式電源的典型電路如圖1所示，C1為降壓電容器(采用金屬化聚丙烯電容)，R1為C1提供放電回路。電容C1為整個電路提供恒定的工作電流。電容C2為電解電容，其耐壓值取決于所串聯的LED的個數(約為其總電壓的1.5倍以上)，它的主要作用是抑制通電瞬間引起的電壓突變，從而降低電壓沖擊對LED壽命的影響。R4為電容C2的泄流電阻，其阻值應隨著LED個數的增加適當增加。

需要注意的是，該電路必須根據負載的電流大小選取適當的電容，而不是依據負載的電壓和功率，通常降壓電容C1的容量C與負載電流Io的關系可近似認為：C=14.5Io，其中C的容量單位是uF，Io的單位是A。限流電容必須采用無極性電容，而且電容的耐壓值須在630V以上。

由于電容降壓電源是一種非隔離式電源，在通電瞬間會產生很大的電流，也就是所謂的浪涌電流。此外，由于外界環境的影響(如雷擊) 電網系統會侵入各種浪涌信號，有些浪涌會導致LED的損壞。而LED抗浪涌電流和抗反向電壓能力都比較差，加強這方面的保護也非常重要，尤其是有些LED燈裝在戶外(如LED路燈)。因此LED驅動電源要有抑制浪涌的侵入、保護LED不被損壞的能力。本電路用負溫度系數熱敏電阻來限制電流的突變，利用正溫度系數熱敏電阻自動調節電流大小，使之趨于某個特定的變化范圍，同時在電源輸入端并有瞬態電壓抑制器以避免電壓過載。

(一)負溫度系數熱敏電阻保護

負溫度系數熱敏電阻簡稱NTC熱敏電阻，NTC是Negative Temperature Coefficient的縮寫，意思是負的溫度系數，泛指負溫度系數很大的半導體材料或元器件，限制浪涌電流的最簡單有效的方法是在線路輸入端串聯一只NTC熱敏電阻，如圖1中的R2。由于在冷啟動時，NTC熱敏電阻呈現高阻抗，因而使浪涌電流得到限制。而當電流的熱效應使NTC熱敏元件的溫度升高，NTC阻值急劇下降時，對系統的電流限制作用會較小。由于NTC熱敏電阻在熱態下的阻抗并不是零，故會產生功率損耗，當然，這種損耗是很小的。

(二)正溫度系數熱敏電阻保護

正溫度系數熱敏電阻PTC(Positive Temperature Coefficient)是指在某一溫度下電阻急劇增加、具有正溫度系數的熱敏電阻。為使電路中的電流在正常工作下趨于穩定，本電路還采用了PTC熱敏電阻，如圖1中的R3。電流通過PTC熱敏電阻后引起溫度升高，即發熱體的溫度上升，當超過居里點溫度后，電阻增加，從而限制電流增加，于是電流的下降導致元件溫度降低，電阻值的減小又使電路電流增加，元件溫度又升高，周而復始，因此具有使溫度保持在特定范圍的功能。

正常情況下，PTC元件串接在電路中，呈低阻狀態，保證電路正常工作;當電路發生短路或竄入異常大電流時，PTC元件的自熱使其阻抗增加把電流限制到足夠小，起到過電流保護作用。當產生過電流的故障得到排除，PTC元件自動復原到低阻狀態。既避免了維護更換，也避免了可能引起電路損壞的持續循環的開閉狀態。

(三)瞬態電壓抑制器保護

瞬態電壓抑制器(Transient Voltage Suppressor)，簡稱TVS，是在穩壓管基礎上發展起來的一種高效保護器件，主要用于對電路元件進行快速過壓保護。當TVS管兩極受到反向瞬態高能量沖擊時，它能以10-12s量級的速度將兩極間的高阻抗變為很低的阻抗，吸收高能量的浪涌，將兩極間的電壓鉗位于個預定值，保護電子線路中的元器件免受各種浪涌脈沖的沖擊而損壞。

對于過壓保護這一方面，本電路就是在電源輸入端并聯了TVS，如圖1中的VD3，這樣可以將電壓維持在TVS最大承受范圍之內，當出現電壓高于TVS擊穿點的過壓現象時，可以讓電流流經TVS，借此保護LED照明燈具。

實驗表明，將指針萬用表串入電路后，在電路通電瞬間，指針突然偏轉大角度的現象得到明顯的改善，有效地防止了浪涌電流對LED的沖擊。同時，啟動一段時間后，電流有所下降，并逐漸趨于穩定。在器件的選用方面，用1W的金屬膜電阻或線繞電阻代替NTC也可達到要求，過壓保護選用TVS或者壓敏電阻均可。在線路板設計方面，需要注意的是，高壓輸入部分(即電源輸入端到整流橋部分)應盡量遠離后面的負載電路，而且在允許的情況下，高壓輸入部分導線間的距離應保證在1 mm以上。

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