恒流驱动方案

大功率高亮度LED恒流方案1.介绍随着全球气温变暖、能源短缺，各个国家政府及人们越来越重视节能环保。最近十年来，功率型LED器件在光效上有了突飞猛进的发展，截止到2010年4月，实验室级白光大功率LED光效已经达到208m/W，量产型白光LED的光效则超过130lm/W，高于普通节能型荧光灯80-100lm/W的光效水平。随着成本的显著下降，LED在通用照明市场上的普及率不断提高，并且开始以能耗低、环保、寿命长、色彩丰富、全固态器件机械结构坚固等独特优点，向户外主干道路路灯、隧道灯、泛光灯等大功率照明领域进行渗透。在国外，照明用功率LED技术的发展更为迅速，相关专利和标准层出不穷，各大知名照明企业如飞利浦、欧司朗、GE等都在竭尽全力抢占LED照明市场。以LED路灯为代表的大功率LED照明系统具有高科技含量、高附加值、高利润的特点，不可避免成为各方关注的焦点。然而LED光效离散性，使用寿命等对驱动电源提出特殊的要求，而不同于一般的常规电源。LED电源需要恒流驱动以保证LED亮度的均衡性、长寿命。目前最常用的为350mA/1W的大功率LED。2.光耦+TL431如图1所示，TL431的精确基准电压2.5V加在R4两端，对流过LED串的电流检测。当LED正端电压增大，电流增大，R4端电压大于2.5V，使TL431工作在放大状态，从而流过光耦输入端的电流增大，使输出端的大电流拉低/抬高反馈电压，最终使IC强迫关断初级向次级侧传递能量。R3、C2对TL431补偿。电路的优点：稳定性好，电路简单，元器件少，成本低，恒流精度高。电路的缺点：以0.35A/1W为例，R4消耗的功率为P=2.5V×0.35A=0.875W。可见此电路不适合做输出电流过大的电源。另外，电路不可以工作在空载状态下。图1.小电流非空载恒流(Figure1.Smallconstantcurrentofnon-empty)图2.给出了上图中的一种改进方案，可排除电路不能空载的致命弱点，同时只要R4、R5选取合适，就可以大大减小检测功耗。一般的选取原则R4应远远大于R5，以保证检测功耗尽量低。电路的优点：同图1，同时，显著降低了检测功耗，克服了电路不能空载的缺点，精准度很高。电路的缺点：空载或LED串断路时，输出电压会上升，上升幅度由R4、R5的比值决定；电路适合于固定数目LED，LED数目变化，输出电流、电压都会有所变化。图2.图1.电路的改进方案(Figure1.improvedprogram)下面介绍一种光耦加两个TL431的高性能LED恒流方案，如图3.。在改进型电路的基础上又添加一个TL431，LED正常工作时两管的参考电压都为2.5V，DZ1设计在过压保护点，不导通。当LED开路为空载时，DZ1导通，限压支路开启，恒流再次启动。此电路的优点是在某个范围内，可以精确的恒压恒流。图3.光耦+双管TL431(Figure3.Optocoupler+dualTL431)3.光耦+三极管图4.三极管放大模式(Triodeamplificationmode)图4.是将三极管替换TL431，其原理基本一致，好处表现在三极管的基极电压一般不大于0.7V，这就大大减少了检测电阻的功耗。同时DZ为过压嵌位保护，工作原理为，正常工作时，R2中的电流为0.7/R2，当大于此值时，通过R3基极电压大于开启电压，三极管导通工作在放大状态，使光耦中流过大电流反馈到控制IC，此时DZ不导通。输出电压增大时，DZ导通，DZ、R4、R3支路中有电流通过，开启Q，使输出电压下降。此电路中用到的为NPN型三极管，运用PNP三极管同样可以作为恒流检测，如图5.所示。图5.PNP型三极管的恒流检测(PNP-typetransistorconstantcurrentdetection)4.光耦+三极管+TL431从以上的恒流方案中，我们知道TL431的高基准电压适合做电压检测，三极管的低基极电压阈值适合做电流检测，图6.提出一种用TL431作过压检测，三极管作恒流检测的高性能电路。它综合了TL431和三极管各自得优点。图6.光耦+三极管+TL431(Transistor+TL431+optocoupler)5.一种简单的单光耦恒流方案图7.中只要一个光耦管、一个箝位二极管、和三个电阻就实现了过压保护、恒流驱动的目的。工作原理：LED正常工作状态下，R2两端的电压通过R3被光耦检测，DZ箝位略大于输出电压，不导通。一般光耦输入端两端电压在1V左右，当R2中电流增大，R2端电压增大，光耦导通，IC阻止能量向次级传递，输出电压下降，电流恢复到1/R2恒流设定水平；当输出电压过大，DZ导通，DZ、R1、光耦中有电流流过，反馈建立，IC使输出减小。由于光耦的输入端电压差异性的限制，一般此电路用于要求不太高的小功率电路系统。图7.单光耦方案(Singleoptocouplerprogram)6.带有运放的高精度方案这种由运放、TL431和光耦构成的反馈电路精度很高，输出侧的V-I曲线的下垂特性很直。恒流是通过比较器UA的非同名端电压低于地电位时，UA输出高电平使得光耦导通传递信号来实现的。而恒压控制是通过UB的同名端电压高于TL431的参考电压2.5V时UB输出高电平使得光耦导通，从而传递反馈信号的原边向副边输送的能量以限制输出电压。这种输出控制电路的恒压恒流精度最好，但是元器件较多，电路也较复杂，图中还需要一个辅助绕组供电，实际应用中可以直接由副边绕组供电。图8.双运放恒流方案(Dualop-ampconstantcurrentprogram)7.总结针对使用越来越广的LED现状，文章介绍了几种LED的驱动方案，这些LED恒流方案在实际生活和工业中得到广泛的使用，掌握这些驱动和控制电路，对LED电源和驱动的设计具有十分重要的意义。参考文献[1]杨恒，LED照明驱动技术设计与实例精选，中国电力出版社，2008[2]周志敏等，LED照明技术与应用电路，电子工业出版社，2009[3]陈元灯等，LED制造技术，电子工业出版社，2007[4]张祥东等，HB-LED驱动方法综述，飞利浦照明灯具SSL，上海[5]刘凤军，现代高频开关电源技术及应用，电子工业出版社，2008GeTao（1984-），male,anativeofBoZhouCity.AmasterstudentinTianjinPolytechnicUniversity.HeresearchinterestsareinthefieldsofLEDdriverICandswitchingpowersupplyapplicationsE-mail:[e-mail]:13524334922