用于LED照明的非开关电源驱动电路的分析

2013-06-28任堰牛

电源技术 2013年4期

关键词：恒流波动线性

任堰牛

(西南石油大学电气信息学院，四川成都610500)

LED照明具有环保、节能和寿命长等优势，备受厂家青睐。为保证高可靠性，驱动LED的电流需要保持恒定，常见驱动方案包括线性恒流驱动和开关恒流驱动两种电路。

在一些室内低功率的LED照明产品中可能会采用低成本的线性电源驱动器，在常规条件下，这些驱动电路工作正常，但是当电网电压波动频繁时，就可能出现LED灯珠闪烁的现象甚至驱动电路发热量增加，效率降低。因此有必要找出问题产生的原因并改进电路方案。

1 电路分析

为分析说明问题的方便，这里都以驱动额定工作电压120 V的LED灯珠串为例，灯珠串的排列方式为每4个LED灯并联成一组，共40组串联而成。

1.1 阻容驱动电路

这类电路以图1所示为典型代表，C1在交流通路上起着降压作用，交流通过桥堆整流和电容C2滤波，在C2两端形成脉动直流电压驱动LED发光。其中R1和R2有安全放电作用，R3起限流作用同时也可通过检测R3两端电压来推算流过灯珠串的电流Io的大小。

图1 阻容驱动电路

交流220 V供电正常时，灯珠串电流Io的波动情况如图2(a)所示。从图2可看出电容C2两端电压UC2波动并不大，但是由于LED工作电流对工作电压变化极其敏感，所以LED驱动电流Io在26~74 mA波动，纹波约为45%。由于波动周期为100 Hz，人眼一般不会感觉出亮度变化。阻容驱动电路中LED的工作电流纹波一般都很大，这会降低LED工作寿命[1]。

当电网供电电压随机波动时，LED电流波动也是随机的，如图2(b)所示。如果平均电流波动间隔达到几百毫秒，人眼可明显感觉闪烁。

图2 阻容驱动电路中U C2和U R3

1.2 简单线性恒流驱动电路

这类驱动电路一般将恒压源转换为恒流源，比如以三端稳压源7805为基础[2]或者如图3所示[3]，用电压基准源TL431和三极管可构成恒流源。理论上流过LED灯珠串的电流约为流过电阻R4的电流，后者大小为2.5 V/33Ω=75.7 mA。实际上当交流电压位于220~250 V范围内，驱动LED的电流位于74.5~81.3 mA内；而当交流电压低于220 V越多，LED灯珠串的电流就低于75 mA越多。图4显示不同交流电压条件下，检测电阻R3的电压UR3，可反映流过LED灯珠电流的情况。

图3 简单线性恒流驱动电路

图4 不同交流电压下图3所示电路的U R3

这种电路有两个突出问题：第一，当交流电压高于235 V，三极管管压降明显增大，发热量增加，电源整体效率也降低不少，如表1所示。第二，当交流电压在180~220 V随机波动，流过LED的电流也有一定程度波动，如图5所示，可能还是有闪烁现象，所以这种驱动电路的理想的工作电压范围非常窄。

表1 图3所示驱动电源的效率

图5 交流电压180~220 V随机变化下图3所示电路的U R3

1.3 开关斩波-线性恒流驱动

在前面的线性驱动电路基础上增加斩波电路[4]，可以使得交流电压工作范围扩大。如图6所示，电阻R1与R2构成一个分压器，可以推算斩波阈值电压VTH=(1+R1/R2)×24.6 V=131 V。当全桥整流的输出电压低于VTH时，齐纳二极管D5和三极管Q1都关断，齐纳二极管D6反向导通，MOSFET Q2导通，C1将充电。当全桥整流的输出电压超过VTH时，D5负极的电压达到24.6 V，齐纳二极管D5反向导通，使Q1导通，从而将Q2的栅极拉低，使其关断，这样就不会对电容C1充电，而是C1向LED放电，维持LED的工作电流，直到下一次充电周期到来。电路中的齐纳二极管D6用于保护Q2的栅极。