LED驅動電路的設計

常州信息職業技術學院電子與電氣工程學院 張 亞

LED驅動電路的設計

常州信息職業技術學院電子與電氣工程學院 張 亞

LED（light-emitting diode）即發光二極管是一種可以將電能轉化為光能的電子器件。LED 具有節能、環保、使用壽命非常長是等優點，對節能減排起到了很大的作用，是目前廣泛使用的固體發光光源。本文設計了一種LED恒流驅動電源，具有效率高、成本低、體積小等特點。

LED；驅動電路；恒流電路

1 引言

發光二極管（英語：Light-Emitting Diode，簡稱LED）是一種能夠將電能轉化為可見光的低壓、非線性半導體器件。LED具有節能、環保、功耗低、壽命長、維護簡便等特點，廣泛應用于景觀照明、背光源、汽車、交通指示等各種指示、顯示領域，具有廣闊的市場前景。

2 LED的驅動方式

LED是一種特殊的二極管，不能直接接在交流市電或直流電源上，這是因為工作電流的一個小的波動都會導致LED的工作電壓超出其額定范圍，從而導致LED燒壞。為了穩定LED的工作電流，保證LED能正常可靠的工作，各種各樣的LED驅動電路就應運而生了。LED驅動就是通過整流、濾波、穩壓和功率因數校正等為LED正常工作提供恒定的電流源。不同系列的LED光源，其工作電壓和電流是不同的，因此其驅動電路也各不相同。LED的驅動方式多種多樣，其性能也各有高低。LED驅動電路按其驅動方式可以分為幾種方式：

（1）電阻限流驅動：就是簡單的在LED的回路中串接電阻，通過調節電阻的阻值，可以改變LED的驅動電流。這種驅動方式電路簡單、成本低，但電壓變化時LED的亮度就會變化，甚至燒壞LED。

（2）恒壓驅動：就是保持LED兩端的電壓恒定不變的驅動方式。這種驅動方式的優點是設計簡單、電路成熟；缺點是LED亮度不均勻很容易造成LED損壞。所以很少用恒壓的方式來驅動LED。

（3）恒流驅動：就是保證流過LED的電流恒定不變的驅動方式。這種驅動方式的優點是無論電源電壓變化還是LED工作電壓變化，都能保證LED發光亮度均勻不變。如果電路中增加過流和過壓保護功能，還能保護LED不會被燒壞。

3 驅動電路構成及設計

流過LED的電流決定了LED的發光強度和壽命，電流過強會引起LED的光衰，降低使用壽命，電流過弱會影響LED的發光強度，因此LED的驅動需要提供恒定的電流源，以保證LED使用的安全性，同時達到理想的發光強度。

驅動電路的基本功能之一就是把接入的電源變換成LED需要的工作電源。在選擇和設計驅動電路時要考慮到以下幾點：高可靠性、高效率、高功率因數、浪涌保護、壽命、電磁兼容、調光等。

單顆LED的照明效果有限，在實際使用中，一般是使用很多顆LED組成一個燈陣來達到所需要的照明效果。LED燈串通常采用串并聯混接的方式。這是因為串聯需要輸出高電壓，不僅電路設計困難而且也很危險，如果某個LED燈壞了整個電路就無法工作，可靠性低。如果采用并聯方式需要驅動電源輸出很大的電流，如果沒有過流保護的話容易燒壞驅動電源。LED驅動電路的整體結構框圖如圖1所示。

圖2 5W LED燈驅動器設計方案

圖1 驅動電路結構框圖

首先要將高壓的交流市電變換成低壓的直流電，然后經過恒流驅動芯片輸出恒流才能用于驅動LED 光源。

3.1 驅動電路設計

這里介紹一種5W LED燈驅動器設計方案如圖2所示。

這里用的LED驅動芯片是FT831B，它是一款原邊反饋的PWM控制芯片，主要應用于功率小于10W的電源產品中。它的特點是原邊控制恒流、恒壓，驅動電流外部可調，線損補償外部可調，內置線電壓補償等。此外，還具有過壓保護、過溫保護、反饋開路保護和短路保護等功能。

圖中的B1是單相橋式整流電路，將交流變成直流，給驅動芯片FT831B輸入穩定的直流，保證電路正常工作。

C1、L1、C2組成C-L-C濾波電路，把脈沖直流變換成平滑的直流。這路選用電感濾波是因為電感濾波電路利用電感器兩端的電流不能突變的特點，把電感器與負載串聯起來，以達到使輸出電流平滑的目的。從能量的觀點看，當電源提供的電流增大（由電源電壓增加引起）時，電感器L把能量存儲起來；而當電流減小時，又把能量釋放出來，使負載電流平滑，所以電感L有平波作用。

電路中與CS端相接的R6和R7的阻值與變壓器匝數比決定了輸出電流，而與FB端相接的R4和R5的阻值與變壓器匝數比決定了輸出電壓。

此方案的特點是前端反饋、無需光耦、成本低，內置過壓、過溫、開路、短路保護，符合綠色節能標準。

4 結束語

本設計論文從LED的特性和驅動方式出發，論述了LED的各種驅動方式，并以流過LED的電流恒定為基本目的，設計了一個簡單的LED驅動電路。在整個設計中，首先闡述了該驅動電路的基本原理，給出了理論依據。然后根據功能需要設計了一個驅動5WLED的驅動電路。采用FT831B設計的LED驅動電路可以克服因電壓不穩所引起的發光強度的變化，整個電路結構簡單，響應快速,穩流性能好。在LED光源的設計中，考慮各種因素，成功的完成了用LED光源代替傳統的光源，使光源兼有節能、環保、長壽和美觀等特點。本電路可應用于太陽能照明系統中,也適用于AC/DC的照明系統中。

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張亞（1980—），男，安徽穎上人，工程師，現供職于常州信息職業技術學院，從事研究方向：嵌入式系統。