基于恒流二极管的小功率白光LED驱动电路

　　因小功率白光LED拥有发热量小，价格低廉，光效高等特点，被大范围的应用到了普通照明，景观照明等领域。因此小功率LED驱动电源的设计和性能上的提高也就有了迫切的需求。LED照明灯通常采用市电供电，由于LED工作电压低，电流小等特点，用市电驱动LED要解决降压和整流问题，还要有比较高的效率，较小的体积和较低成本。LED是电流驱动器件，其亮度与正向电流成正比，为了保证LED发光高效均匀、LED驱动源应为恒电流输出。因此设计高效简单，价格低廉的LED驱动源成为解决上述问题的重点。本文设计一种基于恒流二极管的小功率LED驱动电路，工频市电供电，输出电流恒定。

　　1 LED连接方式

　　要保证LED可以正常工作，只有合理的匹配设计。在设计LED照明系统时，需要考虑选用什么样的LED驱动器，以及LED的连接方式。小功率白光LED的正向电压范围一般为2.8~4V，工作电流为15~20mA。照明用的LED灯一般是多个这样的小功率LED通过串并联方式组合在一起的，这些LED通常需要匹配以产生均匀的亮度。另外还需要采用合理的方式将这些LED连接在一起，不能因为其中一颗LED灯珠损坏而导致整个LED灯组不能工作。

　　将多个同型号的LED串接在一起，流过每个LED的电流相等。LED一致性较差时，虽然不同LED灯珠正向电压不同，但流过每个LED的电流相等，每个LED灯珠的亮度将会一致。LED串联连接驱动源输出电压要求较大，电流必须恒定在20mA以下。当其中一个LED因为品质不良断路后，将会导致整个LED灯组不亮，这对LED灯珠的品质和焊接工艺要求较高。

　　多个LED灯珠全部并联，需要驱动器输出较大的电流，输出电压在3V左右。并联连接方式可以避免一个LED烧坏后整个灯组熄灭这一严重缺陷。由于LED发光强度与工作电流成正比关系，LED灯珠之间参数存在一定差异，流过每个LED灯珠的电流不一致，直接导致LED发光亮度不均匀。采用恒流方式驱动并联LED时，LED灯珠应尽量多的并联，防止因为其中几颗LED烧坏，致使流过其他LED的电流增加而烧坏。

　　为了提高可靠性、发光均匀性，提出了交叉阵列连接方式，图1为LED交叉阵列连接方式图。

　　从图中可以看出当其中个别LED短路或断路，也不会引起整个灯组熄灭。这种交叉阵列连接方式具有线路简单，亮度稳定，可靠性高，对驱动要求较低等特点。

　　2小功率LED驱动电路设计

　　2.1电容降压电路

　　LED采用交流市电供电时，必须经过AC/DC以及DC/DC转换将高电压的交流电转换为低压直流电，目前降压电路主要有工频变压器线性降压电路，高频开关电路，基于IC的降压电路，电容降压电路等几类。考虑到驱动电源的体积与成本，本文采用电容式降压电路。图2为电容降压电路：

　　图2中无极性降压电容C1的充放电电流为IC=2πfCU0（U0为交流电压，f为交流频率），降压电容C1向负载提供的电流I0实际上就是流过C1的充放电电流IC。当负载电流小于的充放电电流时,多余的电流就会流过滤波电容C2。若U0=220V，f=50Hz则IC=69C（IC的单位为mA，C的单位为μF）。为了能够保证降压电容安全可靠工作，其耐压值应大于2倍市电电压，因此降压电容宜选用耐压值630V的独石电容。R1为1MΩ放电电阻，当电路断电C1通过R1快速放电，D1—D4为IN4007组成的全波整流桥。为了获得较好的滤波效果，选择的滤波电容的容量应满足RLC=(3~5)T/2（RL为负载电阻，T为0.02s），耐压值应大于1.12U0（U0为电容降压电路输出电压）。原则上，电容值取的越大，输出电压越平滑其纹波值越小。但是随着电容容量的增大，一般其体积也随之增大，在考虑电路板面积的情况下，应尽量选择大容量的滤波电容。

　　2.2市电供电的小功率LED驱动电路

　　基于恒流二极管的市电供电小功率LED驱动电路如图3所示：

　　图中D5,D6为恒流二极管，本设计采用的恒流二极管为贵州博越公司的2DHL系列。2DHL系列恒电流二极管是一种硅材料制造的基础电子器件。

　　从图可以看出电路在100ms时进入稳定状态,稳定后其输出电压为25V输出电流恒定为60mA。基本验证了基于恒流二极管的小功率LED驱动电路的可行性。

　　3实验分析

　　为了进一步验证了基于恒流二极管的小功率LED驱动电路的可行性。制作了驱动65颗（5*15方式连接）0.06W白光LED的驱动源，其中降压电容C1为1.5μF，滤波电容C2为1000μF，恒流二极管为两颗2DHL040并联，并利用万用表对电流电压进行测量。实际测得输入电压在196~248V范围内输出电流恒定为80mA，相当于流过每个LED电流为16mA。在219V输入电压条件下，整个电路消耗的功率为7.1W，则驱动源的功率因素为0.47。图5为制作的小功率驱动源实物图。

　　4总结

　　本文设计的基于恒流二极管小功率LED驱动电路结构简单、成本低廉、满足LED恒流驱动的要求，经过多次实验验证本驱动电路可靠性很高。通过改变降压电容可适合用作多种LED灯具电源。

　　虽然驱动电路功率因素较低，但特别适合低端照明市场应用。LED相比传统光源发光效率高，小功率LED灯发光亮度即可与大功率的日光灯媲美，因此采用本驱动源的LED灯整体上还是节能的。