小功率段的LED驅動電源非隔離技術的使用

節能減排是目前全球各國日益注重的一個話題，因高效節能，LED作為新光源越來越得到廣泛的使用。本文章主要解析關于小功率段1-30W之間的LED驅動使用非隔離技術方面的解析。

一 阻容降壓：

1.阻容降壓的原理和使用：

電容降壓實際上是利用容抗限流，而電容器實際上起到一個限制電流和動態分配電容器和負載兩端電壓的角色。

2.采用電容降壓時應留意以下幾點：

依據負載的電流大小和交流電的工作頻率選取適當的電容，而不是根據負載的電壓和功率，限流電容非得采用無極性電容，不能采用電解電容。而且電容的耐壓須在400V以上，最理想的電容為聚丙烯金屬薄膜電容。 電容降壓不能用于大功率條件，一般用于5W以下小功率使用場合，電容降壓不適合動態負載條件，電容降壓不適合容性和感性負載，在LED電源的驅動方面使用上適合單電壓使用。

3.阻容降壓式簡易電源的基本電路如（圖1）

C1為降壓電容器，D1，2，3，4為橋式整流二極管，ZD1是穩壓二極管，R1為關斷電源后C1的電荷泄放電阻。

4.器件選擇

電路設計時，應先測定負載電流的準確值，然后參考示例來選擇降壓電容器的容量。因為通過降壓電容C1向負載提供的電流Io，實際上是流過C1的充放電電流Ic.C1容量越大，容抗Xc越小，則流經C1的充、放電電流越大。當負載電流Io小于C1的充放電電流時，多余的電流就會流過穩壓管，若穩壓管的最大準許電流Idmax小于Ic-Io時易造成穩壓管燒毀。為保證C1可靠工作，其耐壓選擇應大于兩倍的電源電壓。泄放電阻R1的選擇非得保證在規定的時間內泄放掉C1上的電荷。

5.實際參數計算辦法：

已知C1為0.33μF，交流輸入為220V/50Hz，求電路能供給負載的最大電流。

C1在電路中的容抗Xc為：

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

流過電容器C1的充電電流（Ic）為：

Ic=U/Xc=220/9.65=22mA。

二線性驅動電路：

1.典型的電路如（圖2）

2.工作原理：

R3為恒流電阻，利用R3的壓降來控制TL432的開關，在利用432的開關來控制Q1的導通從而達到輸出恒流的目的，選擇432的目的是利用432基準為1.21V來降低在R3上的損耗。電流恒流值之為1.21/R3，R1選擇依據Q1的放大倍數來選取。

3.使用場合留意事項：

此電路提議使用在單電壓輸入，輸出電流小電流的LED電源驅動上，比如球泡燈，T管等，一般提議輸出電流在100mA下。同時輸出電壓越接近輸入會比較好，這樣避免Q1的的壓降過大而造成損耗過大，效率較低，因此LED的使用也最好串聯使用。

三 恒流二極管驅動電路

1.典型的電路如（圖3，圖4）

2.工作原理

理想的恒流源是一種內阻為無窮大的器件，不論其兩端電壓為甚么值，其流經的電流永遠不變。當然這種器件是不可能存在的。實際的恒流二極管相當于一個在一定工作電壓范圍內例如25-100V其電流恒定為某一值例如20mA.其等效電路如圖5所示

其內阻為Z，并聯的電容約莫為4-10pF.其典型的伏安特性如圖六所示。

它在某一個電壓范圍內有一段恒流區間，在這個區間，流經的電流幾乎不變，VL為到達IL的電壓值，IL約莫為0.8Ip。　

3.使用留意事項

由于恒流二極管需要一定的電壓Vk才能夠進入恒流，所以太低的電源電壓是無法工作的。通常這個Vk約莫在5-10V左右所以大多數采用電池供電的LED是無法工作的，最大電流由于恒流二極管的功耗受到限制，所以過大的電流也是不適宜的。例如1W的LED通常需要350mA，恒流二極管就很難提供，目前比較適宜的使用場合就是交流市電供電的LED燈具采用很多小功率LED串聯也就是高壓小電流的情況是最為適宜；但是由于恒流二極管的耐壓有一定的限制所以它所能吸收的電源電壓變化也是有限的。就拿100V耐壓的CRD來說用在220V市電電源里都還只能對付有限的電壓變化。220V經過橋式整流以后它的輸出直流電壓約莫為264V.如果市電變化+10%~-15%就相當于整流后為290~187V，電壓變化103V.已經超過其耐壓了。因為LED伏安特性的非線性所以很難用公式來表示。總之當市電電壓降低時LED中的電流就會隨市電電壓的降低而降低。其亮度也會跟著變。典型使用電路中圖3為典型的使用電路，圖4為加了阻容降壓的使用電路為了應對低電壓的輸出場合。

四采用單極PFC的Buck電路

隨著目前法規和能效的需求，針對LED使用提出高PF以及適應全電壓范圍都能可靠工作的要求，并且朝小型化方面發展，因此之前的填谷式的PFC電路也需要增加兩個高壓電容因體積的限制不太適合使用。有鑒如此，國內外很多廠商都推出了適應球泡燈和T管之類的非隔離電源使用驅動方案，下面就以通嘉科技的LD7832做為典型解析。

1.LD7832解析

LD7832是一款使用在Buck電路中采用TM模式控制的高PF值LED驅動控制芯片，使用外圍元件少最大限度的減少了PCB尺寸，保護功能齊全，滿足各項功能探測和可靠性使用探測的要求，設計調試相當簡單，最大限度的滿足客戶要求快速設計上線量產并滿足法規的需求，適合在30W以下球泡燈，T管等產品使用，為了適應不同需要，LD7832有外置MOS和內置MOS（2A）不同的版本供選擇。

2.特點內置600V高壓啟動電路

高PFC功能控制器

高效過渡模式控制

低成本設計使用外圍零件最少

電流調整精度高

寬范圍UVLO（17V開，8V關）

Vcc過電壓保護功能

ZCD欠壓保護功能

Cs短路保護功能

環路開路保護功能

IC內部OTP保護功能（針對集成MOSIC）

250mA/-500mA驅動能力

3.工作原理

LD7832是采用電壓模式控制在邊界條件下工作的固定開通時間的PFC控制器，利用IC的Comp電壓和IC內部的Ramp信號做比較來決定MOS的開通時間。工作原理波形如下圖7。

在半個輸入電壓周期內，控制TON固定，則電感電流峰值跟隨輸入電壓峰值，且相位相同，實現高功率因素PF，有如下等式：

LT）t（V）t（IONIN）peak（L=（1）

4.典型使用線路：

5.關鍵零件參數設計

5.1 Buck電感設計

先確定最大占空比，再由輸出LED電壓，電流算出Buck電感量：　

D= VLED/VINDC（2）

L=【（1-D）*VLED】/（2*FSW*ILED）（3）

5.2 Iled電流設定：

LD7832內置的定電流電壓準位為0.2V，由此：

ILED=0.2/Rs（4）

5.3 Zcd參數設計：

LD7832 ZCD的內部電壓鉗位在0.3--5V,IC通過測試ZCD pin電壓來控制Gate on/off并且確保IC工作在TM模式，同時此Pin還具有OVP保護功能，如果IZCD>200uA,ZCD OVP功能啟動，加上Rz2的目的是為了減少高電壓輸入時對ZCD pin的干擾，誤觸發ZCD的OVP.提議的Rzcd（RZ1）電阻取值如下式，Rzcd阻值提議至少大于100k:

1.3*uA2005V）（VR）（ZCDOUTZCD（Rz1）_OVP?>（5）---如果沒有Rz2

1.3*}uA200{5/Rz25V）（VR）（ZCDOUTZCD（Rz1）_OVP+?>（6）-----如果加上Rz2

5.4 Vcc設計

參考圖8，Zenor取值依據VOUT電壓設計，一般Vcc取值設定在16V左右，Zenor=Vout-Vcc，Vcc電容設定在10-22μF。

5.5 Comp參數選擇

提議的Comp電容取值范圍在0.22-1μF左右。

5.6使用實例（輸出24V300mA）：

5.6.1實際的使用線路圖

5.6.2實際探測輸出電流精度和效率

探測條件：

Input:AC90/110/220/264（60HZ）

Output:CV mode:20.4-27.6V

電流精度（%）：

5.6.3 PF和THD

五總結

本文主要簡單闡述了非隔離線路在LED驅動電源上的一些使用，相比其他而言，采用Buck PFC的方式可以在全電壓下工作，LED恒流精度基本上不受輸入電壓影響，LED可以以較大的電流工作，并且在全電壓范圍都能實現較高的效率，工作更加穩定可靠，當然因為是高頻開關工作模式帶來的一些EMC問題是不可避免的。

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