隨著固態(tài)照明工業(yè)領(lǐng)域的興起與不斷改進,，發(fā)光二極管(LED) 因其具有高效,、節(jié)能、壽命長,、環(huán)保等特點,，已成為現(xiàn)今照明技術(shù)的可選方案,，并逐漸被應(yīng)用于照明,。促使人們關(guān)注LED 照明技術(shù)的一個關(guān)鍵因素是，其大大降低了能源的消耗,，并可實現(xiàn)長期可靠的工作,。有理由相信，這種新型的固態(tài)照明,，必將帶來人類照明領(lǐng)域的第三次革命,。
當(dāng)然，采用LED 照明,，首先需要考慮的是其亮度,、成本以及壽命。由于影響LED 壽命的主要原因是其頻繁啟動瞬間的電流沖擊,，外界的各種浪涌脈沖,，以及正常工作時的電流限制等，本電路綜合了這些因素,，從電路設(shè)計上盡量避免大電流對 LED 照明燈具的沖擊,，并將其工作電流穩(wěn)定在某一范圍內(nèi)，解決了目前LED 照明燈具的亮度衰減問題從而有效地延長其使用壽命,。
驅(qū)動電源
LED均采用直流驅(qū)動,，因此在市電與LED 之間需要加一個電源適配器即LED 驅(qū)動電源。它的功能是把交流市電轉(zhuǎn)換成適合LED 的直流電,。
LED驅(qū)動電源按其驅(qū)動方式可以分為恒流式和穩(wěn)壓式,。恒流式驅(qū)動電路輸出的電流是恒定的，輸出的直流電壓隨著負載阻值的大小不同在一定范圍內(nèi)變化,，負載阻值小,，輸出電壓就低，負載阻值越大，輸出電壓也就越高,。對于穩(wěn)壓電源電路而言,，其輸出的電壓是固定的，而輸出的電流卻隨著負載的增減而變化,。
由于LED是電流隨電壓變化顯著的器件,， 當(dāng)LED正向?qū)〞r，其正向電壓的微小變化便可引起LED電流的巨大變化,。對于穩(wěn)壓式LED 驅(qū)動電源而言,，當(dāng)負載變化時，電流波動較大,，LED在大電流下工作較長時間會損壞,。實驗表明當(dāng)流經(jīng)LED的實際電流為其允許的最大電流的70 %時，LED的發(fā)光效能為最佳,。同時,，由于發(fā)光二極管PN 結(jié)的電壓溫度系數(shù)為- 2 mVP℃左右，當(dāng)LED 散熱不良導(dǎo)致溫度升高時,，其工作電流也會較初始階段有明顯變化,，這也是市面上各種LED 產(chǎn)品快速老化的主要原因。顯然,，保證LED 的驅(qū)動電流穩(wěn)定對于LED 的防老化顯得尤為重要,。因此，恒流式驅(qū)動電源是比較理想的LED 驅(qū)動方式,。
通常驅(qū)動LED 均采用專用恒流源或者驅(qū)動芯片,，當(dāng)受體積和成本等因素的限制時，最經(jīng)濟實用的方法就是采用電容降壓式電源,。用它驅(qū)動小功率LED 具有不怕負載短路,、電路簡單等優(yōu)點，而且一個電路能驅(qū)動1~70 個小功率LED,。但是,，這種電源電路啟動時的電流沖擊，尤其是頻繁啟動,，會給LED造成破壞,。當(dāng)然，采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo便可避免這種沖擊,。
圖1 電容降壓式電源的典型電路
電容降壓式電源的典型電路如圖1 所示,，C1 為降壓電容器(采用金屬化聚丙烯電容) ，R1 為C1提供放電回路,。電容C1為整個電路提供恒定的工作電流,。電容C2為電解電容,，其耐壓值取決于所串聯(lián)的LED的個數(shù)(約為其總電壓的1. 5 倍以上) ，它的主要作用是抑制通電瞬間引起的電壓突變,，從而降低電壓沖擊對LED 壽命的影響,。R4 為電容C2的泄流電阻，其阻值應(yīng)隨著LED個數(shù)的增加適當(dāng)增加,。
需要注意的是,，必須根據(jù)負載的電流大小選取適當(dāng)?shù)碾娙荩皇且罁?jù)負載的電壓和功率,，通常降壓電容C1 的容量C 與負載電流Io 的關(guān)系可近似認為：C = 14. 5 I ,，其中C 的容量單位是μF ，Io 的單位是A.限流電容必須采用無極性電容,，而且電容的耐壓值須在630 V以上,。
保護電路
由于電容降壓電源是一種非隔離式電源，在通電瞬間會產(chǎn)生很大的電流,，也就是所謂的浪涌電流,。
此外，由于外界環(huán)境的影響如雷擊的感應(yīng),，從電網(wǎng)系統(tǒng)會侵入各種浪涌信號,，有些浪涌會導(dǎo)致LED的損壞。而LED抗浪涌電流和抗反向電壓能力都比較差,，加強這方面的保護也非常重要，尤其是有些LED燈裝在戶外,，如LED路燈,。因此LED驅(qū)動電源要有抑制浪涌的侵入，保護LED不被損壞的能力,。本電路采用NTC(負溫度系數(shù)熱敏電阻) 來限制電流的突變,，利用PTC(正溫度系數(shù)熱敏電阻) 自動調(diào)節(jié)電流大小使之趨于某個特定的變化范圍，同時在電源輸入端并有TVS(瞬態(tài)電壓抑制器) 以避免電壓過載,。
1 NTC 保護
NTC 是Negative Temperature Coefficient 的縮寫,，意思是負的溫度系數(shù)，泛指負溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件,，所謂NTC 熱敏電阻器就是負溫度系數(shù)熱敏電阻器,。限制浪涌電流的最簡單有效的方法是在線路輸入端串聯(lián)一只NTC熱敏電阻，如圖1中的R2,，由于在冷啟動時,，NTC熱敏電阻呈現(xiàn)高阻抗，因而使浪涌電流得到限制,。而當(dāng)電流的熱效應(yīng)使NTC熱敏元件的溫度升高,，NTC阻值急劇下降時,，對系統(tǒng)的電流限制作用會較小。由于NTC熱敏電阻在熱態(tài)下的阻抗并不是零,，故會產(chǎn)生功率損耗,，當(dāng)然，這種損耗是很小的,。
2 PTC 保護
PTC(Positive Temperature CoefflCient)是指在某一溫度下電阻急劇增加,、具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象或材料。為使電路中的電流在正常工作下趨于穩(wěn)定,，本電路還采用了PTC熱敏電阻,，如圖1中的R3，電流通過PTC 熱敏電阻后引起溫度升高,，即發(fā)熱體的溫度上升,，當(dāng)超過居里點溫度后，電阻增加,，從而限制電流增加,，于是電流的下降導(dǎo)致元件溫度降低，電阻值的減小又使電路電流增加,，元件溫度升高,，周而復(fù)始，因此具有使溫度保持在特定范圍的功能,。
PTC元件串接在電路中,，正常情況下，呈低阻狀態(tài),，保證電路正常工作,；當(dāng)電路發(fā)生短路或竄入異常大電流時，PTC元件的自熱使其阻抗增加把電流限制到足夠小,，起到過電流保護作用,。當(dāng)產(chǎn)生過電流的故障得到排除， PTC元件自動復(fù)原到低阻狀態(tài),。
既避免了維護更換,，也避免了可能引起電路損壞的持續(xù)循環(huán)的開閉狀態(tài)。
3 TVS 保護
瞬態(tài)電壓抑制器( Transient Voltage Suppressor) ,，簡稱TVS ,，是在穩(wěn)壓管基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高效保護器件，主要用于對電路元件進行快速過壓保護,。
當(dāng)TVS管兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時,，它能以10~12秒量級的速度將兩極間的高阻抗變?yōu)楹艿偷淖杩梗崭吣芰康睦擞?，將兩極間的電壓箝位于一個預(yù)定值,，保護電子線路中的元器件免受各種浪涌脈沖的沖擊而損壞,。
對于過壓保護這一方面，本電路就是在電源輸入端并聯(lián)了TVS ,，如圖1 中的D2,，這樣可以將電壓維持在TVS 最大承受范圍之內(nèi)，當(dāng)出現(xiàn)電壓高于TVS擊穿點的過壓的現(xiàn)象時,，可以讓電流流經(jīng)TVS,，藉此保護LED 照明燈具。
結(jié)論
圖2 LED 照明燈具
實驗表明,，將指針萬用表串入電路后,，在電路通電瞬間，指針突然偏轉(zhuǎn)大角度的現(xiàn)象得到明顯的改善,，有效地防止了浪涌電流對LED的沖擊,。同時，啟動一段時間后,，電流有所下降,，并逐漸趨于穩(wěn)定。用1W的金屬膜電阻或繞線電阻代替NTC 也可達到要求,，過壓保護選用TVS或者壓敏電阻均可,。在線路板設(shè)計方面，需要注意的是,，高壓輸入部分(即電源輸入端到整流橋部分) 應(yīng)盡量遠離后面的負載電路,，而且在允許的情況下，高壓輸入部分導(dǎo)線間的距離應(yīng)保證在1 mm以上,?；谶@些方面的考慮，設(shè)計了如圖2 所示LED照明燈具,，此照明模塊已經(jīng)連續(xù)工作了4 年左右，亮度未見有所衰減,，而且未經(jīng)任何維護,。此電路易于推廣、普及,，可廣泛應(yīng)用于公共照明,、走廊、倉庫等,，極具商業(yè)化前景,。