一种新型LED驱动电路设计

摘 要：随着节能环保要求的提高，发光二极管的应用日趋广泛，然而LED驱动电路的稳定性与价格限制了其进一步发展。对此，设计一种高性价比的LED驱动电路，具有电压可调，结构简单的特点。驱动电路主要由EMI滤波电路，调压电路，恒压恒流电路组成。利用软件进行仿真测试，模拟电网波动，测试设计电路的调压与恒压恒流特性。仿真结果表明，该LED驱动电路达到了预期效果。

关键词：LED，驱动电路，恒压电路，恒流电路

中图分类号：TP391 文献标志码：A 文章编号：2095-1302（2014）10-00-02

0 引 言

LED具有低功耗、无污染的特点，是节约型的绿色光源，是照明领域的发展趋势[1]。LED驱动电路是介于电网电压与LED之间的电源适配器，需满足高可靠性、高效率、高功率因数等特点，还需要对LED起一定的保护作用[2]。因此，为充分发挥LED的优势，需配备相应的恒压恒流驱动电路。本文设计了一种性价比高的新型LED驱动电路，该电路采用光耦与电压跌落补偿电路保证恒压恒流特性。此电路还具有电压可调的特点，可驱动工作电流在20～40 mA的发光二极管。

1 电路结构与原理

本文设计的电路主要由滤波电路、调压电路、光耦恒流电路三个部分组成。输入电压为220 V电网电压，输出为恒定电压电流，此电路适用于普通LED灯具。LED驱动电路如图1所示。

图1 LED驱动电路图

其中，第一部分为滤波电路，用于抑制电网谐波与干扰，由C1～C6与TR1组成双向EMI滤波电路；第二部分为调压电路，通过选择合适的L1和TR2参数，满足使用需求；第三部分为恒流控制电路，输出与所驱动LED相接。图1中，BR1为桥式整流电路，用于检测整流效果，衔接调压电路。下面详述三个主要电路。

1.1 滤波电路设计

滤波器由C1～C6与TR1组成双向电磁干扰（EMI）滤波器。其中，TR1为共模电感，选择磁导率高、高频性能好的共模电感可以有效抑制共模噪声；C1，C2，C5，C6为共模电容，用于抑制高频共模干扰信号；C3，C4为差模电容，用于抑制电网中的差模噪声[3]。此滤波电路不仅能够抑制电网存在的外部电磁干扰，还能避免驱动电路向外部发出噪声干扰。

EMI滤波参数选择：共模电感选择要求磁导率高，高频性能好。电感大小视额定电流选择。共模电容取值范围为2000～6 400 pF，差模电容取值范围为0.1～1μF。本文的参数设计为，共模电感5 mH/100 Mhz，共模电容3 000 pF，差模电容取值1μF。

1.2 调压电路设计

本文设计的调压电路为阻感性负载的交流调压电路[4]，等效电路如图2。其中L为电感L1，C为C7，C9，C10等效电容，R为剩余所有元件等效电阻，要求 。

图2 调压电路等效电路图

由等效电路知调压负载电流应满足：

其中，uC为电解电容最大储能值。

解得：

其中：ω0为初始频率，ω为输出频率，，β为输出电压滞后输入电压角度。

在本电路中，等效电路L1=1 500 mH时，经调压电路输出的电压幅值为55 V，输出频率为100 Hz。输出电压接近正弦波，在幅值附近近似线性。

1.3 恒压恒流电路

在恒压恒流恒流电路中，D1，D4，R4，R10，R22组成电压控制电路，Q1，R4与R5组成电压跌落补偿控制电路，R6，R7与U1组成恒流控制电路。L11与C14使驱动电路与负载电路隔离开来，避免相互影响[5]。

恒压工作原理：电路正常工作时，输入电压经D2，R3，R5，R4为Q1提供基极偏执电流，输出电压为R5压降与稳压管D4之和。当电压发生跌落情况，负载电流通过R3，由此在R3上产生的压降使D1导通，经过R22，为Q1提供基极偏置电流，使得负载电流增加，输出电压增加，补偿电压跌落直至电路正常工作，由此保证电路输出电压恒定。

恒流工作原理：恒流电路可以根据需求预先设定恒流电流大小。当U1引脚1上输出电流没有达到恒流设定点，R7压降很低，接近于地，此时光耦不发挥作用，为电流输出。当U1引脚1上输出电流到达设定点，集电极端R7上压降增大，此电压经过电阻R6转换为电流又增加到引脚1端，使输出电流趋于稳定，稳定电流与设定恒流电流相等。

2 调压电路仿真测试

在电压输出端接3盏LED，串联电阻为1 kΩ。将调压电路输出端接示波器信号A，将恒压恒流电路输出端接示波器B，示波器上得到波形如图3（其中黑色为信号A，红色为信号B），调整电感L1，得到调压电路测试数据如表1。 由表1可知，电感L1在500～2 000 mH之间变化时，驱动电路输出电压在55.5～20.5 V内连续可调。

3 恒压恒流电路仿真测试

在测试中电感L1固定不变（本文L1=1 000 mH），即调压电压输出端不变，电流输出端串联1盏LED，将恒流恒压电路输出端接示波器信号A，在电流输出端接电流探针。调整电源电压在±10%内波动，得到恒流恒压电路测试数据如表2。由表2可以看出，输入电压在±10%内波动时，输出电流波动不超过5%，输出电压波动不超过9%，满足LED驱动电路设计要求。

图3 LED驱动电路输出波形图

表1 调压电路测试数电感L（mH） 调压电路输出

电压最大值（V） 调压电路输出

电压最小值（V） 驱动电路

电压输出（V）

500 150 -200 55.57

800 100 -132 39.85

1 300 65 -80 27.76

1 500 54 -75 25.04

2 000 45 -53 20.54

表2 恒流恒压电路测试数据

输入电压值（V） 驱动电路输出电流（mA） 输出

电流波动 驱动电路输出电压（V） 输出

电压波动

237.6 22.94 0.79% 35.96 6.08%

227.7 22.87 0.48% 34.84 2.78%

220 22.76 0 33.9 0

212.3 22.50 -1.14% 33.1 -2.36%

205.7 22.36 -1.76% 32.35 -4.57%

198 21.98 -3.43% 31.35 -7.52%

4 结 语

本文设计了一种新型LED驱动电路，此电路不仅具有较好的恒流恒压特性，还具有输出电压可调的特点，且输出电压与输出电流端都与驱动电路相互隔离，避免驱动电路和LED负载电路相互影响。测试结果表明，在电网电压波动±10%内，输出电压与电流波动在4%和8%之间，电感在500～2000 mH范围内变化时，相应输出电压变化范围为20.5～55.5 V之间，满足LED驱动电路的使用要求。

参考文献

[1].半导体照明产业发展须关注一个重点[J].电源世界，2009（10）：8.

[2]甘彬，冯红年，金尚忠.大功率白色发光二极管的特性研究[J].光学仪器，2005（5）：34-36.

[3]裘乔安，余万能，褚建新.通用变频器输出滤波电路设计[J].上海海事大学学报，2007（4）：45-49.

[4]何华斌.改善谐波影响的电子调压电路设计与仿真分析[J].计算机仿真，2013，30（4）：125-128，434.

[5]郑祺，刘廷章，杨洁翔.基于初级控制的LED恒流驱动电路的设计[J].电力电子技术，2011，45（7）：78-80