小功率LED驱动电源非隔离技术的拓扑方案

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小功率LED驱动电源非隔离技术的拓扑方案 [复制链接]

介绍关于小功率段1-30W之间的LED驱动应用非隔离技术方面的介绍。

阻容降压：

1. 阻容降压的原理和应用：

电容降压实际上是利用容抗限流， 而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。

2. 采用电容降压时应注意以下几点：

根据负载的电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容， 而不是依据负载的电压和功率， 限流电容必须采用无极性电容， 不能采用电解电容。而且电容的耐压须在400V以上， 最理想的电容为聚丙烯金属薄膜电容。 电容降压不能用于大功率条件， 一般用于5W以下小功率应用场合， 电容降压不适合动态负载条件， 电容降压不适合容性和感性负载， 在LED电源的驱动方面应用上适合单电压应用。

3. 阻容降压式简易电源的基本电路如(图1)

C1为降压电容器， D1, 2, 3, 4为桥式整流二极管， ZD1是稳压二极管， R1为关断电源后C1的电荷泄放电阻。

4. 器件选择

电路设计时， 应先测定负载电流的准确值， 然后参考示例来选择降压电容器的容量。因为通过降压电容C1 向负载提供的电流Io, 实际上是流过C1的充放电电流Ic.C1容量越大， 容抗Xc越小， 则流经C1的充、放电电流越大。当负载电流Io小于C1的充放电电流时， 多余的电流就会流过稳压管， 若稳压管的最大允许电流Idmax小于Ic-Io时易造成稳压管烧毁。为保证C1可靠工作， 其耐压选择应大于两倍的电源电压。泄放电阻R1的选择必须保证在规定的时间内泄放掉C1上的电荷。

5. 实际参数计算方法：

已知C1为0.33μF, 交流输入为220V/50Hz, 求电路能供给负载的最大电流。

C1在电路中的容抗Xc为：

Xc=1 /(2 πf C)= 1/(2*3.14*50*0.33*10-6)= 9.65K

流过电容器C1的充电电流(Ic)为：

Ic = U / Xc = 220 / 9.65 = 22mA.

线性驱动电路：

1. 典型的电路如(图2)

2. 工作原理：

R3为恒流电阻， 利用R3的压降来控制TL432的开关， 在利用432的开关来控制Q1的导通从而达到输出恒流的目的， 选择432的目的是利用432基准为1.21V来降低在R3上的损耗。电流恒流值之为1.21/R3, R1选择根据Q1的放大倍数来选取。

3. 应用场合注意事项：

此电路建议应用在单电压输入， 输出电流小电流的LED电源驱动上， 比如球泡灯， T管等， 一般建议输出电流在100mA下。同时输出电压越接近输入会比较好， 这样避免Q1的的压降过大而造成损耗过大， 效率较低， 因此LED的使用也最好串联使用。

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电容降压电路，经四支二极管整流后近似为恒流输出，而LED通常要求恒流供电，所以电容降压整流电路比较适合为LED供电。
图1中使用了电解电容CE1，原设计目的可能是想让通过LED的电流波动较小，接近直流。而稳压管ZD1目的是当LED负载开路时电容CE1两端电压不致太高而被击穿。这种情况，要求ZD1在负载开路时能够通过全部电流，其功率容量要比LED负载还大。
其实，电容CE1和稳压管Zd1都是不必要的，两个元件都去掉，反而工作得更好。但是，必须增加一支电阻，否则上电时LED很容易烧毁。下一帖我会仔细谈这个问题。

maychang

LED并不需要直流供电，完全可以脉冲方式供电。典型的例子，是单片机控制数码管显示。如果是四位数码管显示，那么每位数码管供电的脉冲占空比最大为1/4，如果是八位数码管显示，那么占空比最大为1/8。
电容降压，经桥式整流后为LED供电，LED中电流是波动的，但占空比通常不会小于1/2，频率则是工频的二倍，为100Hz。在此频率下，人眼不会感到闪烁。这和日光灯以及节能灯是一样的，日光灯和节能灯的发光都是在100Hz频率下闪烁。
所以，前述电路中电解电容和稳压管并无必要，去掉更好。

maychang

原图1中的R1，目的是220V交流断开后，放掉电容C1上存储的电荷，以免人体碰到电容两端发生危险。因为220V交流断开的时刻是随机的，很难做到电容C1两端电压为零时恰好断开。该电阻数值比较大，因为该电阻数值小则电阻上功率耗散大，所以通常用数百千欧甚至上兆欧。
但是原图1缺少上电时的限流措施。220V交流上电时刻也是随机的，很可能在交流瞬时值比较大的时刻合上电源开关。此时电容C1的充电电流可能相当大(虽然时间非常短)，通常最大可以达到数十A。这么大的电流，对1N4007这样的整流管来说没有关系，不会损坏。但对LED来说则很可能烧毁，LED不能承受这么大的冲击电流。
为限制电源开关闭合瞬间可能会发生的冲击电流，应该与220V交流电源串联一支电阻。该电阻数值需要考虑稳态时的电流(电容C1的容量)以及电阻的功率耗散允许值的限制。因该电阻需要能够承受冲击电流，很多文章建议使用线绕电阻或者水泥电阻。但线绕电阻和水泥电阻体积大，价格高，且没有很小功率的此类电阻。实验证实：在C1容量不超过0.33uF时(稳态电流不超过22mA)，此串联于220V交流的电阻可以使用普通的金属膜电阻。对1/4W电阻来说，若电容C1为0.33uF，该电阻可以用到220欧或者330欧而不致于烧毁。实践证明：该限流电阻阻值太小反而容易在上电瞬间损坏。

maychang

如果LED功率较大，那么这种电容降压(严格来说应该叫电容限流)电路是不合适的。
这种取电方式，仅限于电流不超过20mA～30mA的LED。如果是多个LED，可以将所有LED串联接入。因电容限流电路近似恒流源，所以LED数量多几个或者少几个，电流变化并不大。当然，前提是LED总压降仅占220V的一小部分。