小功率段的LED驅(qū)動電源非隔離技術(shù)的應(yīng)用

節(jié)能減排是目前全球各國日益注重的一個話題， 因高效節(jié)能，LED作為新光源越來越得到廣泛的應(yīng)用。本文章主要介紹關(guān)于小功率段1-30W之間的LED驅(qū)動應(yīng)用非隔離技術(shù)方面的介紹?！　?/P>

一 阻容降壓：　　

1. 阻容降壓的原理和應(yīng)用：　　

電容降壓實際上是利用容抗限流， 而電容器實際上起到一個限制電流和動態(tài)分配電容器和負(fù)載兩端電壓的角色?！　?/P>

2. 采用電容降壓時應(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?而不是依據(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）

圖1

C1為降壓電容器， D1, 2, 3, 4為橋式整流二極管， ZD1是穩(wěn)壓二極管， R1為關(guān)斷電源后C1的電荷泄放電阻?！　?/P>

4. 器件選擇　　

電路設(shè)計時， 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。因為通過降壓電容C1向負(fù)載提供的電流Io, 實際上是流過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， 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)定的時間內(nèi)泄放掉C1上的電荷?！　?/P>

5. 實際參數(shù)計算方法：　　

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?！　?/P>

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?！　?/P>

二 線性驅(qū)動電路：　　

1. 典型的電路如（圖2）

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?！　?/P>

3. 應(yīng)用場合注意事項：　　

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)動上， 比如球泡燈， T管等， 一般建議輸出電流在100mA下。同時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?！　?/P>

三 恒流二極管驅(qū)動電路　　

1. 典型的電路如（圖3, 圖4）

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。實際的恒流二極管相當(dāng)于一個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

圖5

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。

圖6

它在某一個電壓范圍內(nèi)有一段恒流區(qū)間， 在這個區(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

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。因為LED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， 滿足各項功能測試和可靠性應(yīng)用測試的要求， 設(shè)計調(diào)試相當(dāng)簡單， 最大限度的滿足客戶要求快速設(shè)計上線量產(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高壓啟動電路

高PFC功能控制器

高效過渡模式控制

低成本設(shè)計應(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的開通時間。工作原理波形如下圖7。

圖7

在半個輸入電壓周期內(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：

圖8

5. 關(guān)鍵零件參數(shù)設(shè)計　　

5.1 Buck電感設(shè)計　　

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：