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分析LED驱动电源电路图 常见LED驱动电源电路大全解析 KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2018-04-26 

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散热、驱动电源、光源是做好一个LED照明产品最关键的几个部分。虽然散热显得尤为重要,散热效果直接影响到照明产品的寿命质量,但是光源是整个产品的核心部分,驱动电源本身的寿命及输出电流、电压的稳定性对产品的整体寿命质量也有很大影响。

LED驱动电源也是一个配套产品,目前市场上的电源品质参差不齐,下面提供一些LED驱动电源的相关知识。


一、 什么是LED驱动电源

LED驱动电源把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器,通常情况下:LED驱动电源的输入包括高压工频交流(即市电)、低压直流、高压直流、低压高频交流(如电子变压器的输出)等。而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。LED电源核心元件包括开关控制器、电感器、开关元器件(MOSfet)、反馈电阻、输入滤波器件、输出滤波器件等等。根据不同场合要求、还要有输入过压保护电路、输入欠压保护电路,LED开路保护、过流保护等电路。


二、LED驱动电源的特点

(1)高可靠

性特别像LED路灯的驱动电源,装在高空,维修不方便,维修的花费也大。


(2) 高效率

LED是节能产品,驱动电源的效率要高。对于电源安装在灯具内的结散热非常重要。电源的效率高,它的耗损功率小,在灯具内发热量就小,也就降低了灯具的温升。对延缓LED的光衰有利。


(3)高功率因素

功率因素是电网对负载的要求。一般70瓦以下的用电器,没有强制性指标。虽然功率不大的单个用电器功率因素低一点对电网的影响不大,但晚上使用照明量大,同类负载太集中,会对电网产生较严重的污染。对于30瓦~40瓦的LED驱动电源,据说不久的将来,也许会对功率因素方面有一定的指标要求。


(4)驱动方式

现在通行的有两种:其一是一个恒压源供多个恒流源,每个恒流源单独给每路LED供电。这种方式,组合灵活,一路LED故障,不影响其他LED的工作,但成本会略高一点。另一种是直接恒流供电也就是“中科慧宝“改采用的驱动方式,LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点,但灵活性差,还要解决某个LED故障,不影响其他LED运行的问题。这两种形式,在一段时间内并存。多路恒流输出供电方式,在成本和性能方面会较好。也许是以后的主流方向。


(5)浪涌保护

LED抗浪涌的能力是比较差的,特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护也很重要。有些LED灯装在户外,如LED路灯。由于电网负载的启甩和雷击的感应,从电网系统会侵入各种浪涌,有些浪涌会导致LED的损坏。因此分析“中科慧宝“的驱动电源在浪涌保护方面应该有一定的欠缺,而至于电源及灯具频繁更换,LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入,保护LED不被损坏的能力。


(6)保护功能

电源除了常规的保护功能外,最好在恒流输出中增加LED温度负反馈,防止LED温度过高;要符合安规和电磁兼容的要求。


三、按驱动方式分类

(1)恒流式恒流驱动电路输出的电流是恒定的,而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化,负载阻值小,输出电压就低,负载阻值越大,输出电压也就越高;恒流电路不怕负载短路,但严禁负载完全开路;恒流驱动电路驱动LED是较为理想的,但相对而言价格较高;应注意所使用最大承受电流及电压值,它限制了LED的使用数量。


(2)稳压式当稳压电路中的各项参数确定以后,输出的电压是固定的,而输出的电流却随着负载的增减而变化;稳压电路不怕负载开路,但严禁负载完全短路;以稳压驱动电路驱动LED,每串需要加上合适的电阻方可使每串LED显示亮度平均;亮度会受整流而来的电压变化影响。


四、整体恒流和逐路恒流工作方式优缺点

与整体恒流相较,逐路恒流虽然缺点比较多,成本也比较高。但是它能真正的起到保护LED和延长LED的寿命,所以逐路恒流才是未来的趋势。

1)、输入95~265V,输出23V/280~300mA

2)、可驱动大功率7*1W

3)、体积最小,尺寸40mm*17mm*17mm

4)、PI方案,符合CE认证标准PMC测试

5)、宽压恒流,性能稳定,转换效率高


五、LED驱动电源电路图

1、先从一个完整的LED驱动电路原理图讲起。本文所用这张图是从网上获取,并不代表具体某个产品,主要是想从这个图中,跟大家分享目前典型的恒流驱动电源原理,同时跟大家一起分享大牛对它的理解,希望可以帮到大家。那么本文只做定性分析,只讨论信号的过程,对具体电压电流的参数量在这里不作讨论。如图1某LED驱动电路原理图,这是一款可AC/DC输入方式的LED驱动电路,使用无电解电容。是比较典型的LED驱动电路。

LED驱动电源电路图

图1LED驱动电路原理图


原理分析:为了方便分析,把图1分成几个部分来讲

1:输入过压保护---主要是雷击或者市冲击带来的浪涌

2:整流滤波电路---将交流(或者是直流)变成直流的过程

3:箝位电路---------主要是吸收变压器工作时产生的尖峰和反向电动势

4:IC工作过程--------主要是IC的供电原理,变压器的工作方式,电压变换过程。

5:输出整流---------将交流再次变成平滑理想的直流电压过程

6:恒流原理---------电路中稳定输出电流控制过程分析


LED驱动电源电路图

图2输入过压保护电路


1、输入过压保护电路:如果是DC电压从“+48V、GNG”两端进来通过R1的电阻,此电阻的作用是限流,若后面的线路出现短路时,R1流过的电流就会增大,随之两端压降跟着增大,当超过1W时就会自动断开,阻值增加至无穷大,从而达到保护输入电路+48V不受到负载的影响)限流后进入整流桥, R1与RV构成了一个简单过压保护电路,RV是一个压敏元件,是利用具有非线性的半导体材料制作的而成,其伏安特性与稳压二极管差不多,正常情况显高阻抗状态,流过的电流很少,当电压高到一定的时候(主要是指尖峰浪涌,如打雷的时候高脉冲串通过市电串入进来),压敏RV会显现短路状态,直接截取整个输入总电流,使后面的电路停止工作,此时,由于所有电流将流过R1和RV,因R1只有1W的功率,所以瞬间可以开路,从而保护了整个电路不被损坏。


2、整流滤波电路:当交流AC输入时,则桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路,将交流电转变为直流电。当直流DC(+48V)电压直接进入整流桥BD时,输出一个上正下负的直流电压,如果+48V电源本身也是直流的,那整流桥的作用就是对输入起到的是极性保护作用,无论输入是上正下负还是上负下正都不会损坏驱动电源,通过C1\C2\L1进行滤波,图3是一个LCΠ型滤波电路,目的是将整流后的电压波形平滑的直流电。点击放大图片

LED驱动电源电路图

图3LCΠ型滤波电路


3、箝位吸收电路:图4红框内为箝位吸收电路。箝路电路存在的理由其实就是保护IC里面的MOS管,其过程为--整流滤波以后的电压分成2路,一路通过变压器绕组后进入U1的TK5401的第7、8脚,下文会介绍U1,先看箝位这一路,这路是通过R1、C3、D2然后也连到7、8脚,这个R1、C3、D2就组成了一个简单的箝位电路,主要功能就是用来吸收尖峰和浪涌的,和RV压敏电阻作用不同的是,RV主要是防止打雷或者市电冲击起到保护作用,箝位功能是吸收变压器TRANS2-2绕组两端的反向电动势,消除自激振荡,起到快速复位作用,为变压器一个周期做准备,如果变压器得不到复位就会饱和,会失去感抗, R1和C3组成了一个RC充放电回路,用来反向积累的电动势,D2主要是隔离作用,变压器在正半周的时,感应电动势为上正下负时,使整过环路处于断开状态,而变压器进入负半周时,给箝位电路提供通路,快速将电动势环路处于断开状态,而等变压器进入负半周时,给箝位电路提供通路,快速将电动势释放,从而达到保护IC里头的MOS管不被尖峰击穿而损坏。


LED驱动电源电路图

图4箝位吸收电路


4、 U1工作原理:这款LED驱动IC--TK5401驱动器,主要的特点是为无需在应用电路上使用电解电容器而设计的。该IC的主要特点是高低电压过流保护补偿,不需要电解电容的高PF值。内置高电压功率MOS管650/1.9欧姆,支持通用交流输入电压AC85V--265V,该IC的驱动电路通过脉冲检测漏电流峰值,在D/ST(7脚,8脚)端电压高于OCP电压时关闭功率MOS管,漏电流保护连接在s/ocp(1脚)和GND(3脚)间的电流采样电阻。当采样电阻的压降达到OCP电压阀值,就关闭功率MSG管。


通俗一点说,该电路的变压器采用反激式工作方式,如图5:即变压器的初级和次级的相位是相反的,在同一时间,两者相关180度。


LED驱动电源电路图

图5变压器采用反激工作方式


整流滤波后通过变压器绕组然后进到IC的7、8脚,这个7、8脚就是IC里面MOS管的“D极”也叫漏极,接地的是“S极”也叫源极,整过电源电压的变换都由D极”和S极两个引脚的接通和断开来实现,就是它们工作时会一直处在接通和不接通状态,反复的接通和断开使变压器实现在电--磁-电的变换,至于它是怎么进行接通和不接通的?这个频率又是多少?下面分析一下工作过程:


①第一次变换的建立:当U1上电,通过7、8脚连通的内部启动电路给供电,使用U1开始工作,此时U1将输出方波脉冲传递给U1内部MOS管的“G极”也叫栅极,使D极和S极接通,这时D极和S级等电位,而S极又是接地的,等于把变压器的一端瞬间接地,从而产生回路,变压器是感性元件,电流不能突变,所以它自身会产生感抗来阻止电流突变。按照线性的曲线进行变化,慢慢上升,为了能够阻止它突然,它会产生一个与它相反的感应电压势来抑制它,这样一来,下面的绕组和次组绕组就会跟着产生电动势,从而产生电压,电—磁—电转换的机理也在于此,当然这是变压器和磁性材料本身具有的特性。


②第二次变换的建立:当变压器下面的绕组产生电动势以后(我们通常把它叫着正反馈供电绕组),通过D3整流,R3限流,再经C4滤波后分成二路进行供电,一路给U1的第2脚供电,另一路给光电耦合器件PC817供电,当第2脚开始供电时,U1内部的整个PWM供电控制系统将自动转到由正反馈绕组供电,使内部振荡电路继续工作,从而输出第2个脉冲控制信息,使MOS管开次开通,如此周而复始的使用MOS不断的处理开和关状态进而让变压器工作在电-磁-电的转换状态。图6是TK5401工作时序。图7为TK5401内部框图。


LED驱动电源电路图

图6TK5401工作时序

LED驱动电源电路图


图7TK5401内部框图



5、输出整流电路:如图8为输出整流电路。变压器工作以后,次级就会输出一个电压通过D4整流,C8和L1进行滤波,然后给LED灯进行供电,这里的L1除了能够滤波,还有续流的作用,就是保持输出电流的一致性,正是利用电感中的电流不能突然这一特性。

LED驱动电源电路图


6、恒流电路:恒流电路是整个电路原理图的实质,如图8,是恒流电路的几个组成部分

为了更清楚的说明恒流的工作,有必要重新认识这个U1。

LED驱动电源电路图

图9U1引脚说明


U1的每个引脚功能,8脚为MOS输入端,6脚是空脚,5脚外接的电容是振荡电容,直接决定了RC时间常数,就是充放电时间,一般充电MOS管是接通时间,放电是断开时间,4脚是电压检测脚,通过对4脚的电压值控制输出脉冲的占空比,3脚接地端,2脚是U1供电脚,第1脚外接的电阻和第5脚的电容组成了RC电路,给U1内部提供振荡源,脉冲的充放电时间常直接由这个电阻和电容决定。4脚外接的光耦PC817,另一端PC817和输出电路R4两端相并联, R7在这里是起到检测电流的作用,根据电压=电流*电阻的原理,电流越大,R4两端的电压就会越大,电压越大,那么并连到R4两端的PC817也会有电压并且开始导通,导通后副边的RV也会跟着导通,就是它内阻下降,这样一来第4脚的电压就会上升,上升以后与U1里面的基础电压相对比,然后会直接输出一个信号使MOS管提成关断,从而达到恒流目的。

LED驱动电源电路图

图10恒流电路


五、总结:LED驱动电源电路图和其他用电器电源电路一样,不同的是led驱动电源可能设计图会不一样,但它的输出电流是恒定的,理想的电路是无论LED的特性曲线怎么变化,驱动电源的电流保持不变. 这是LED的伏安特性决定。作为电源工程师,我们知道LED的特性需要恒流驱动,才能保证其亮度的均匀,长期可靠的发光。LED是节能产品,驱动电源也要符合节能的要求。今天给大家分析的这个仅仅是LED的一个典型可以AC/DC输入,且可采用无电解电容驱动电路的一个案例原理,只是做了一些定性分析


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