小功率LED球灯驱动电路浅析

小功率LED及其球灯驱动电路

发光二极管(LED)是利用固态半导体芯片作为发光材料，当它两端加上正向直流电压后，半导体中 的电子和空穴产生复合，放出过剩能量而引起光子发射产生可见光，它具有较高的光效和更高的可靠性， 已成为现今照明中一种具有高效节能、录色环保、超长寿命等特点的新光源，正在大力推广应用。然而 这些优越性能的实现，需要有完善的驱动电源与其配套。在实际应用中，由于驱动电源的设计及驱动方 式选择不当，优势就无法体现，而且LED极易损坏。因此在设计制作LED灯驱动电源时，有必要知道 LED的电流、电压特性。

一、 功率LED发光管的工作特性及其对驱动电源的要求

LED灯驱动电路是依据LED发光管的特点和光电参数来设计的，图①示出了1W LED正向压降和照 度随电流的变化曲线，从特性曲线看出：

压降照度4.0400 ⑴发光强度由流过LED的电流决定

3.5350的，电流小发光强度弱，电流过大会引起

3.0300LED寿命衰减或损坏。根据LED电流电压

2502.5的变化特点，确定合适的工作电流值，并

2.0200采用恒流驱动方式是比较理想的。这样可

1501.5避免因LED正向电压的改变而引起电流

1001.0的变动，保证功率LED工作安全，同时恒

0.550定的电流使LED亮度稳定。

00100600200400300500⑵功率LED发光管与一般半导体二0电流(mA)极管一样，正向导通压降随导通电流的变图①正向电压和照度随电流的变化曲线化并不大，一般正向电压UF在3.5V左右，（不同颜色的LED的导通电压不尽相同）。1W LED典型工作的正向电流取IF＝350mA、对应的正向电压为UF＝3.4V±0.2V。

由于LED的正向伏安特性非常陡，正向动态电阻很小，不宜直接用电压源供电，否则电压波动稍大， 电流就会迅速增大到烧毁的程度。若用稳压方式供电，也要用稳压精度较高的稳压电源。LED的伏安特 性也决定了它不能承受浪涌电压的冲击，因此驱动电源中要设有浪涌抑制电路。

⑶由于LED工作时结温会逐渐升高，而LED的PN结是负温度系数(－2mV／℃)器件，如果不对驱动 电路输出电流加以限制，流过LED的电流会随温度升高而增大，形成正反馈的结果，造成结温进一步升 高，促使LED产生快速老化，最终可能烧毁。因此要求LED散热必须良好，驱动电路具有恒流输出的功 能。

1W白光LED技术参数(Ta25℃)⑷功率LED的反向电压VR较小，一般反向击穿电压VR

5V左右，反向漏电流IR≤30μA，若超过5V后进入反向击 参 数标记典型值最大值单位FD10002520mV消耗功率穿区IR将急剧增加而烧毁。

IF350700mA顺向电流1W白光LED技术参数列於右表：

VF3.33.6V正向电压

反向电压VR5V二、3W～5W LED灯驱动电路

IR≤5μA反向电流用市电驱动功率LED灯的驱动电源，需要解决降压、隔离、

电压比例关系－0.4mV／℃恒流外，还需具有过温、过流、短路、开路保护及抗电磁于

结 温Tj125℃℃扰等功能。并要求有较高的转换效率、较小的体积和较低的40℃～工作温度TOPr－℃＋80℃成本

随着大功率LED灯普遍。在灯光装饰和照明中的应用，相应的驱动电路大量出现，其中较理想的 LED驱动方式是利用集成芯片的PWM控制恒流方式，如图②为例：该电路采用高频（25KHz～45KHz）PWM

正向压降(V)

1

照度(lx)信号恒流控制白光LEDCRD尖峰吸收整流T19.9V 300mA的亮度，利用体积很小的C2N1R2U+D3SS110全波整流100KR1472高频变压器T1来实现电R6滤波1M250V2KN3D1DB1PWM控制启动电源C4U-压变换及电网隔离，T1ACLRS1MMB68IC1CSNc6100μ/16VEE10D2与功率管Q1组成了高频滤波辅助电源2FBVcc5C1整流34单端反潋开关电源，所以85～265V1N4148GND0UTQ1N2LED313002JA02R4电路本身消耗的能量很N16K恒流C34.7μFLED2低。当输出过重或短路电流采样/400V1μ／25V1W WLED×3R3R5时，可自动进入间歇振荡2R15.1KLED1保护模式，而保护自己不电压反馈图②3W LED节能灯驱动电路被损坏。这个1～5W小功

率LED射灯驱动电路选用的JA02是一款超高性价比，低功耗的LED照明驱动电源控制芯片，主要用于目前流行的LED球灯的电源中，该芯片具有如下主要特点：

① 5％精度的恒流驱动，保证LED稳定工作； ② 5％的电压精度，确保输出电压的一致性；

③ IC内部高度集成了欠压锁定，前沿消隐等功能模块，并有LED开路、短路多重保护功能； ④ 芯片具有负温度特性，随环境温度的升高，使流过LED的电流逐渐变小，从而达到降低系统温 度，有效保护灯具，延长灯具寿命。

JA02驱动IC共有6个引脚，名称符号及功能如下：(1)脚CS电流采样输入端，连接到开关管Q1发射极电阻R3上；（2）脚FB电压反馈输入端，由变压器辅助绕组N2送来的反馈电压经电阻R4、R5 分压(2.4～3.6V)后加於此端，它反映输出电压的大小。电路PWM占空比取决於这个反馈电压及（1）脚 CS上电流反馈信号；（3）脚接地端；（4）脚OUT是外接开关管Q1的基极驱动信号；（5）脚VCC IC的电 源(10～18V)；（6）脚悬空。

图②是JA02的典型应用电路图。输入交流电压(90Y～265V)经过DB1桥堆全波整流，电容C1滤波 后，输出的直流高压U加到高频变压器的原边N1，再接到开关管Q1的集电极，变压器付边绕组N3降 压输出，经二极管D3半波整流，C4滤波后驱动发光二极管LED，构成单端反激变换器。当高压开关管 Q1被PWM脉冲激励而导通时，输入电压U便施加到高频变压器T1的原边绕组N1上，由于图中T1付边 整流二极管D3反接，付边绕组N3没有电流流过；当Q1关断时，绕组N3上的电压极性颠倒，D3被正 偏，Q1导通期间储存在T1中的能量便通过D3向负载释放。同时辅助绕组N2上的电压一路经过D2整 流，C3滤波为IC提供Vcc (开始是由高压经电阻R1降压提供)，另一路经电阻R4、R5分压为FB提供 反馈电压。在开关管Q1的发射极电阻R3{限流电阻}上检测的电流信号反馈到CS脚，JA02在这两种信 号控制下，对其输出到开关管Q1的基极驱动信号的脉冲宽度进行调整，以达到恒流的目的。电源在恒 流控制下，输出功率可以通过发射极电阻R3来调节。

变压器的原边接有尖峰吸收网络，它是由D1、R2、C2组成的，接入D1可以使反峰电压通过二极管 及电阻R2消耗其能量，降低反峰电压，以免开关过程中在原边绕组N1上出现过高电压损坏开关管。

这个电路的优点是原边反馈控制，可省去光耦和基准稳压电路，电路比较简单，保护功能较多，体 积小成本低。笔者将一只4W灯连续通电工作试用，不到半年曾两次出现LED灯亮度变暗故障，经检查 驱动电路完好无损，故障点是4个串联的LED(1W)中有一个失效。检修时先用数字万用表测量LED都能 发光，亮度虽暗但几何相同，误认为LED是好的，后来再用3V电池测试亮度就相差很大，将低亮LED 换去，故障排除。该LED灯的实际电路与图②有些不同，分析故障产生原因可能是厂家为降低成本，省 去了部分防护电路，受浪涌共模电压于扰等所致。所以选购时不能只考虑价格低，要注重选驱动电路结 构较完善可靠性高的产品。

※※电流采样输入电压反馈输入地空脚电源外部开关管基极输入※ 2

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