中心議題：

• LED連接方式
• 小功率LED 驅動電路設計

解決方案：

• 電容降壓電路設計
• 市電供電的小功率LED 驅動電路設計

由于小功率白光LED 價格低廉,，發(fā)熱量小，光效高等特點,，被大范圍的應用到了普通照明,，景觀照明,，因此小功率LED 驅動電源的設計和性能上的提高也就有了迫切的需求。LED 照明燈通常采用市電供電,，由于LED 工作電壓低,，電流小等特點，用市電驅動LED 要解決降壓和整流問題,，還要有比較高的效率，較小的體積和較低成本,。LED 是電流驅動器件,，其亮度與正向電流成正比，為了保證LED 發(fā)光高效均勻,、LED 驅動源應為恒電流輸出,。因此設計高效簡單，價格低廉的LED 驅動源成為當前一個研究熱點,。本文設計一種基于恒流二極管的小功率LED 驅動電路,，工頻市電供電，輸出電流恒定,。

1 LED 連接方式

在設計LED 照明系統(tǒng)時,，需要考慮選用什么樣的LED 驅動器，以及LED 的連接方式,，只有合理的匹配設計,，才能保證LED 正常工作。小功率白光LED 的正向電壓范圍一般為2.8~4 V,，工作電流為15~20 mA,。照明用的LED 燈一般是多個這樣的小功率LED 通過串并聯(lián)方式組合在一起的，這些LED 通常需要匹配以產生均勻的亮度,。另外還需要采用合理的方式將這些LED 連接在一起,，不能因為其中一顆LED 燈珠損壞而導致整個LED 燈組不能工作。

將多個同型號的LED 串接在一起,，流過每個LED 的電流相等,。LED 一致性較差時，雖然不同LED 燈珠正向電壓不同,，但流過每個LED 的電流相等,，每個LED 燈珠的亮度將會一致。LED 串聯(lián)連接驅動源輸出電壓要求較大,，電流必須恒定在20 mA 以下,。當其中一個LED 因為品質不良斷路后，將會導致整個LED 燈組不亮,，這對LED 燈珠的品質和焊接工藝要求較高,。

多個LED 燈珠全部并聯(lián),，需要驅動器輸出較大的電流，輸出電壓在3 V 左右,。并聯(lián)連接方式可以避免一個LED 燒壞后整個燈組熄滅這一嚴重缺陷,。由于LED 發(fā)光強度與工作電流成正比關系，LED 燈珠之間參數(shù)存在一定差異,，流過每個LED燈珠的電流不一致,，直接導致LED 發(fā)光亮度不均勻。采用恒流方式驅動并聯(lián)LED 時,，LED 燈珠應盡量多的并聯(lián),，防止因為其中幾顆LED 燒壞，致使流過其他LED 的電流增加而燒壞,。

為了提高可靠性,、發(fā)光均勻性，提出了交叉陣列連接方式,，圖1 為LED 交叉陣列連接方式圖,。

從圖中可以看出當其中個別LED 短路或斷路，也不會引起整個燈組熄滅,。這種交叉陣列連接方式具有線路簡單,，亮度穩(wěn)定，可靠性高,，對驅動要求較低等特點,。
 

2 小功率LED 驅動電路設計

2.1 電容降壓電路
LED 采用交流市電供電時，必須經過AC/DC以及DC/DC 轉換將高電壓的交流電轉換為低壓直流電,，目前降壓電路主要有工頻變壓器線性降壓電路,，高頻開關電路，基于IC 的降壓電路,，電容降壓電路等幾類,。考慮到驅動電源的體積與成本,，本文采用電容式降壓電路,。圖2 為電容降壓電路：

圖2 中無極性降壓電容C1 的充放電電流為IC=2πfCU0 （U0 為交流電壓，f 為交流頻率）,，降壓電容C1 向負載提供的電流I0 實際上就是流過C1的充放電電流IC,。當負載電流小于的充放電電流時 ,多余的電流就會流過濾波電容C2。若U0=220 V,，f=50 Hz 則IC=69C（IC 的單位為mA,，C 的單位為μF）。為了能夠保證降壓電容安全可靠工作，其耐壓值應大于2 倍市電電壓,，因此降壓電容宜選用耐壓值630 V 的獨石電容,。R1 為1 MΩ 放電電阻，當電路斷電C1 通過R1 快速放電,，D1—D4 為IN4007組成的全波整流橋,。為了獲得較好的濾波效果，選擇的濾波電容的容量應滿足RLC=(3~5)T/2（RL 為負載電阻,，T 為0.02 s）,，耐壓值應大于1.1 2 U0（U0為電容降壓電路輸出電壓）。原則上,，電容值取的越大,，輸出電壓越平滑其紋波值越小。但是隨著電容容量的增大,，一般其體積也隨之增大，在考慮電路板面積的情況下,，應盡量選擇大容量的濾波電容,。

2.2 市電供電的小功率LED 驅動電路
基于恒流二極管的市電供電小功率LED 驅動電路如圖3 所示：

圖中D5,D6 為恒流二極管，本設計采用的恒流二極管為貴州博越公司的2DHL 系列,。2DHL 系列恒電流二極管是一種硅材料制造的基礎電子器件,。

從圖可以看出電路在100 ms 時進入穩(wěn)定狀態(tài) ,穩(wěn)定后其輸出電壓為25V 輸出電流恒定為60 mA?；掘炞C了基于恒流二極管的小功率LED 驅動電路的可行性,。

3.2 實驗分析
為了進一步驗證了基于恒流二極管的小功率LED 驅動電路的可行性。制作了驅動65 顆（5*15方式連接）0.06 W 白光LED 的驅動源,，其中降壓電容C1 為1.5 μF,，濾波電容C2 為1000 μF，恒流二極管為兩顆2DHL040 并聯(lián),，并利用萬用表對電流電壓進行測量,。實際測得輸入電壓在196~248 V范圍內輸出電流恒定為80 mA，相當于流過每個LED 電流為 16 mA,。在219 V 輸入電壓條件下,，整個電路消耗的功率為 7.1 W ，則驅動源的功率因素為 0.47,。圖5 為制作的小功率驅動源實物圖,。

4 總結

本文設計的基于恒流二極管小功率LED驅動電路結構簡單、成本低廉,、滿足LED 恒流驅動的要求,，經過多次實驗驗證本驅動電路可靠性很高。通過改變降壓電容可適合用作多種 LED 燈具電源。

雖然驅動電路功率因素較低,，但特別適合低端照明市場應用,。LED 相比傳統(tǒng)光源發(fā)光效率高，小功率LED 燈發(fā)光亮度即可與大功率的日光燈媲美,，因此采用本驅動源的LED 燈整體上還是節(jié)能的,。

主要創(chuàng)新點：在傳統(tǒng)電容降壓驅動電路基礎上引入了恒流二極管，保證了驅動源低壓恒流輸出,。

負載小功率LED 采用交叉陣列方式連接,，降低了滅燈率。