分析LED驅(qū)動電源電路圖 常見LED驅(qū)動電源電路大全解析 KIA MOS管
信息來源:本站 日期:2018-04-26
散熱、驅(qū)動電源、光源是做好一個LED照明產(chǎn)品最關(guān)鍵的幾個部分。雖然散熱顯得尤為重要,散熱效果直接影響到照明產(chǎn)品的壽命質(zhì)量,但是光源是整個產(chǎn)品的核心部分,驅(qū)動電源本身的壽命及輸出電流、電壓的穩(wěn)定性對產(chǎn)品的整體壽命質(zhì)量也有很大影響。
LED驅(qū)動電源也是一個配套產(chǎn)品,目前市場上的電源品質(zhì)參差不齊,下面提供一些LED驅(qū)動電源的相關(guān)知識。
LED驅(qū)動電源把電源供應(yīng)轉(zhuǎn)換為特定的電壓電流以驅(qū)動LED發(fā)光的電壓轉(zhuǎn)換器,通常情況下:LED驅(qū)動電源的輸入包括高壓工頻交流(即市電)、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流(如電子變壓器的輸出)等。而LED驅(qū)動電源的輸出則大多數(shù)為可隨LED正向壓降值變化而改變電壓的恒定電流源。LED電源核心元件包括開關(guān)控制器、電感器、開關(guān)元器件(MOSfet)、反饋電阻、輸入濾波器件、輸出濾波器件等等。根據(jù)不同場合要求、還要有輸入過壓保護電路、輸入欠壓保護電路,LED開路保護、過流保護等電路。
(1)高可靠
性特別像LED路燈的驅(qū)動電源,裝在高空,維修不方便,維修的花費也大。
(2) 高效率
LED是節(jié)能產(chǎn)品,驅(qū)動電源的效率要高。對于電源安裝在燈具內(nèi)的結(jié)散熱非常重要。電源的效率高,它的耗損功率小,在燈具內(nèi)發(fā)熱量就小,也就降低了燈具的溫升。對延緩LED的光衰有利。
(3)高功率因素
功率因素是電網(wǎng)對負(fù)載的要求。一般70瓦以下的用電器,沒有強制性指標(biāo)。雖然功率不大的單個用電器功率因素低一點對電網(wǎng)的影響不大,但晚上使用照明量大,同類負(fù)載太集中,會對電網(wǎng)產(chǎn)生較嚴(yán)重的污染。對于30瓦~40瓦的LED驅(qū)動電源,據(jù)說不久的將來,也許會對功率因素方面有一定的指標(biāo)要求。
(4)驅(qū)動方式
現(xiàn)在通行的有兩種:其一是一個恒壓源供多個恒流源,每個恒流源單獨給每路LED供電。這種方式,組合靈活,一路LED故障,不影響其他LED的工作,但成本會略高一點。另一種是直接恒流供電也就是“中科慧寶“改采用的驅(qū)動方式,LED串聯(lián)或并聯(lián)運行。它的優(yōu)點是成本低一點,但靈活性差,還要解決某個LED故障,不影響其他LED運行的問題。這兩種形式,在一段時間內(nèi)并存。多路恒流輸出供電方式,在成本和性能方面會較好。也許是以后的主流方向。
(5)浪涌保護
LED抗浪涌的能力是比較差的,特別是抗反向電壓能力。加強這方面的保護也很重要。有些LED燈裝在戶外,如LED路燈。由于電網(wǎng)負(fù)載的啟甩和雷擊的感應(yīng),從電網(wǎng)系統(tǒng)會侵入各種浪涌,有些浪涌會導(dǎo)致LED的損壞。因此分析“中科慧寶“的驅(qū)動電源在浪涌保護方面應(yīng)該有一定的欠缺,而至于電源及燈具頻繁更換,LED驅(qū)動電源要有抑制浪涌的侵入,保護LED不被損壞的能力。
(6)保護功能
電源除了常規(guī)的保護功能外,最好在恒流輸出中增加LED溫度負(fù)反饋,防止LED溫度過高;要符合安規(guī)和電磁兼容的要求。
(1)恒流式恒流驅(qū)動電路輸出的電流是恒定的,而輸出的直流電壓卻隨著負(fù)載阻值的大小不同在一定范圍內(nèi)變化,負(fù)載阻值小,輸出電壓就低,負(fù)載阻值越大,輸出電壓也就越高;恒流電路不怕負(fù)載短路,但嚴(yán)禁負(fù)載完全開路;恒流驅(qū)動電路驅(qū)動LED是較為理想的,但相對而言價格較高;應(yīng)注意所使用最大承受電流及電壓值,它限制了LED的使用數(shù)量。
(2)穩(wěn)壓式當(dāng)穩(wěn)壓電路中的各項參數(shù)確定以后,輸出的電壓是固定的,而輸出的電流卻隨著負(fù)載的增減而變化;穩(wěn)壓電路不怕負(fù)載開路,但嚴(yán)禁負(fù)載完全短路;以穩(wěn)壓驅(qū)動電路驅(qū)動LED,每串需要加上合適的電阻方可使每串LED顯示亮度平均;亮度會受整流而來的電壓變化影響。
與整體恒流相較,逐路恒流雖然缺點比較多,成本也比較高。但是它能真正的起到保護LED和延長LED的壽命,所以逐路恒流才是未來的趨勢。
1)、輸入95~265V,輸出23V/280~300mA
2)、可驅(qū)動大功率7*1W
3)、體積最小,尺寸40mm*17mm*17mm
4)、PI方案,符合CE認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)PMC測試
5)、寬壓恒流,性能穩(wěn)定,轉(zhuǎn)換效率高
1、先從一個完整的LED驅(qū)動電路原理圖講起。本文所用這張圖是從網(wǎng)上獲取,并不代表具體某個產(chǎn)品,主要是想從這個圖中,跟大家分享目前典型的恒流驅(qū)動電源原理,同時跟大家一起分享大牛對它的理解,希望可以幫到大家。那么本文只做定性分析,只討論信號的過程,對具體電壓電流的參數(shù)量在這里不作討論。如圖1某LED驅(qū)動電路原理圖,這是一款可AC/DC輸入方式的LED驅(qū)動電路,使用無電解電容。是比較典型的LED驅(qū)動電路。
圖1LED驅(qū)動電路原理圖
原理分析:為了方便分析,把圖1分成幾個部分來講
1:輸入過壓保護---主要是雷擊或者市沖擊帶來的浪涌
2:整流濾波電路---將交流(或者是直流)變成直流的過程
3:箝位電路---------主要是吸收變壓器工作時產(chǎn)生的尖峰和反向電動勢
4:IC工作過程--------主要是IC的供電原理,變壓器的工作方式,電壓變換過程。
5:輸出整流---------將交流再次變成平滑理想的直流電壓過程
6:恒流原理---------電路中穩(wěn)定輸出電流控制過程分析
圖2輸入過壓保護電路
1、輸入過壓保護電路:如果是DC電壓從“+48V、GNG”兩端進來通過R1的電阻,此電阻的作用是限流,若后面的線路出現(xiàn)短路時,R1流過的電流就會增大,隨之兩端壓降跟著增大,當(dāng)超過1W時就會自動斷開,阻值增加至無窮大,從而達到保護輸入電路+48V不受到負(fù)載的影響)限流后進入整流橋, R1與RV構(gòu)成了一個簡單過壓保護電路,RV是一個壓敏元件,是利用具有非線性的半導(dǎo)體材料制作的而成,其伏安特性與穩(wěn)壓二極管差不多,正常情況顯高阻抗?fàn)顟B(tài),流過的電流很少,當(dāng)電壓高到一定的時候(主要是指尖峰浪涌,如打雷的時候高脈沖串通過市電串入進來),壓敏RV會顯現(xiàn)短路狀態(tài),直接截取整個輸入總電流,使后面的電路停止工作,此時,由于所有電流將流過R1和RV,因R1只有1W的功率,所以瞬間可以開路,從而保護了整個電路不被損壞。
2、整流濾波電路:當(dāng)交流AC輸入時,則橋式整流器是利用二極管的單向?qū)ㄐ赃M行整流的最常用的電路,將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?。?dāng)直流DC(+48V)電壓直接進入整流橋BD時,輸出一個上正下負(fù)的直流電壓,如果+48V電源本身也是直流的,那整流橋的作用就是對輸入起到的是極性保護作用,無論輸入是上正下負(fù)還是上負(fù)下正都不會損壞驅(qū)動電源,通過C1\C2\L1進行濾波,圖3是一個LCΠ型濾波電路,目的是將整流后的電壓波形平滑的直流電。點擊放大圖片
圖3LCΠ型濾波電路
3、箝位吸收電路:圖4紅框內(nèi)為箝位吸收電路。箝路電路存在的理由其實就是保護IC里面的MOS管,其過程為--整流濾波以后的電壓分成2路,一路通過變壓器繞組后進入U1的TK5401的第7、8腳,下文會介紹U1,先看箝位這一路,這路是通過R1、C3、D2然后也連到7、8腳,這個R1、C3、D2就組成了一個簡單的箝位電路,主要功能就是用來吸收尖峰和浪涌的,和RV壓敏電阻作用不同的是,RV主要是防止打雷或者市電沖擊起到保護作用,箝位功能是吸收變壓器TRANS2-2繞組兩端的反向電動勢,消除自激振蕩,起到快速復(fù)位作用,為變壓器一個周期做準(zhǔn)備,如果變壓器得不到復(fù)位就會飽和,會失去感抗, R1和C3組成了一個RC充放電回路,用來反向積累的電動勢,D2主要是隔離作用,變壓器在正半周的時,感應(yīng)電動勢為上正下負(fù)時,使整過環(huán)路處于斷開狀態(tài),而變壓器進入負(fù)半周時,給箝位電路提供通路,快速將電動勢環(huán)路處于斷開狀態(tài),而等變壓器進入負(fù)半周時,給箝位電路提供通路,快速將電動勢釋放,從而達到保護IC里頭的MOS管不被尖峰擊穿而損壞。
圖4箝位吸收電路
4、 U1工作原理:這款LED驅(qū)動IC--TK5401驅(qū)動器,主要的特點是為無需在應(yīng)用電路上使用電解電容器而設(shè)計的。該IC的主要特點是高低電壓過流保護補償,不需要電解電容的高PF值。內(nèi)置高電壓功率MOS管650/1.9歐姆,支持通用交流輸入電壓AC85V--265V,該IC的驅(qū)動電路通過脈沖檢測漏電流峰值,在D/ST(7腳,8腳)端電壓高于OCP電壓時關(guān)閉功率MOS管,漏電流保護連接在s/ocp(1腳)和GND(3腳)間的電流采樣電阻。當(dāng)采樣電阻的壓降達到OCP電壓閥值,就關(guān)閉功率MSG管。
通俗一點說,該電路的變壓器采用反激式工作方式,如圖5:即變壓器的初級和次級的相位是相反的,在同一時間,兩者相關(guān)180度。
圖5變壓器采用反激工作方式
整流濾波后通過變壓器繞組然后進到IC的7、8腳,這個7、8腳就是IC里面MOS管的“D極”也叫漏極,接地的是“S極”也叫源極,整過電源電壓的變換都由D極”和S極兩個引腳的接通和斷開來實現(xiàn),就是它們工作時會一直處在接通和不接通狀態(tài),反復(fù)的接通和斷開使變壓器實現(xiàn)在電--磁-電的變換,至于它是怎么進行接通和不接通的?這個頻率又是多少?下面分析一下工作過程:
①第一次變換的建立:當(dāng)U1上電,通過7、8腳連通的內(nèi)部啟動電路給供電,使用U1開始工作,此時U1將輸出方波脈沖傳遞給U1內(nèi)部MOS管的“G極”也叫柵極,使D極和S極接通,這時D極和S級等電位,而S極又是接地的,等于把變壓器的一端瞬間接地,從而產(chǎn)生回路,變壓器是感性元件,電流不能突變,所以它自身會產(chǎn)生感抗來阻止電流突變。按照線性的曲線進行變化,慢慢上升,為了能夠阻止它突然,它會產(chǎn)生一個與它相反的感應(yīng)電壓勢來抑制它,這樣一來,下面的繞組和次組繞組就會跟著產(chǎn)生電動勢,從而產(chǎn)生電壓,電—磁—電轉(zhuǎn)換的機理也在于此,當(dāng)然這是變壓器和磁性材料本身具有的特性。
②第二次變換的建立:當(dāng)變壓器下面的繞組產(chǎn)生電動勢以后(我們通常把它叫著正反饋供電繞組),通過D3整流,R3限流,再經(jīng)C4濾波后分成二路進行供電,一路給U1的第2腳供電,另一路給光電耦合器件PC817供電,當(dāng)?shù)?腳開始供電時,U1內(nèi)部的整個PWM供電控制系統(tǒng)將自動轉(zhuǎn)到由正反饋繞組供電,使內(nèi)部振蕩電路繼續(xù)工作,從而輸出第2個脈沖控制信息,使MOS管開次開通,如此周而復(fù)始的使用MOS不斷的處理開和關(guān)狀態(tài)進而讓變壓器工作在電-磁-電的轉(zhuǎn)換狀態(tài)。圖6是TK5401工作時序。圖7為TK5401內(nèi)部框圖。
圖6TK5401工作時序
圖7TK5401內(nèi)部框圖
5、輸出整流電路:如圖8為輸出整流電路。變壓器工作以后,次級就會輸出一個電壓通過D4整流,C8和L1進行濾波,然后給LED燈進行供電,這里的L1除了能夠濾波,還有續(xù)流的作用,就是保持輸出電流的一致性,正是利用電感中的電流不能突然這一特性。
6、恒流電路:恒流電路是整個電路原理圖的實質(zhì),如圖8,是恒流電路的幾個組成部分
為了更清楚的說明恒流的工作,有必要重新認(rèn)識這個U1。
圖9U1引腳說明
U1的每個引腳功能,8腳為MOS輸入端,6腳是空腳,5腳外接的電容是振蕩電容,直接決定了RC時間常數(shù),就是充放電時間,一般充電MOS管是接通時間,放電是斷開時間,4腳是電壓檢測腳,通過對4腳的電壓值控制輸出脈沖的占空比,3腳接地端,2腳是U1供電腳,第1腳外接的電阻和第5腳的電容組成了RC電路,給U1內(nèi)部提供振蕩源,脈沖的充放電時間常直接由這個電阻和電容決定。4腳外接的光耦PC817,另一端PC817和輸出電路R4兩端相并聯(lián), R7在這里是起到檢測電流的作用,根據(jù)電壓=電流*電阻的原理,電流越大,R4兩端的電壓就會越大,電壓越大,那么并連到R4兩端的PC817也會有電壓并且開始導(dǎo)通,導(dǎo)通后副邊的RV也會跟著導(dǎo)通,就是它內(nèi)阻下降,這樣一來第4腳的電壓就會上升,上升以后與U1里面的基礎(chǔ)電壓相對比,然后會直接輸出一個信號使MOS管提成關(guān)斷,從而達到恒流目的。
圖10恒流電路
五、總結(jié):LED驅(qū)動電源電路圖和其他用電器電源電路一樣,不同的是led驅(qū)動電源可能設(shè)計圖會不一樣,但它的輸出電流是恒定的,理想的電路是無論LED的特性曲線怎么變化,驅(qū)動電源的電流保持不變. 這是LED的伏安特性決定。作為電源工程師,我們知道LED的特性需要恒流驅(qū)動,才能保證其亮度的均勻,長期可靠的發(fā)光。LED是節(jié)能產(chǎn)品,驅(qū)動電源也要符合節(jié)能的要求。今天給大家分析的這個僅僅是LED的一個典型可以AC/DC輸入,且可采用無電解電容驅(qū)動電路的一個案例原理,只是做了一些定性分析
聯(lián)系方式:鄒先生
聯(lián)系電話:0755-83888366-8022
手機:18123972950
QQ:2880195519
聯(lián)系地址:深圳市福田區(qū)車公廟天安數(shù)碼城天吉大廈CD座5C1
請搜微信公眾號:“KIA半導(dǎo)體”或掃一掃下圖“關(guān)注”官方微信公眾號
請“關(guān)注”官方微信公眾號:提供 ?MOS管 ?技術(shù)幫助