電容降壓式LED驅(qū)動器

    用一個電壓源通過串接一個電阻與LED相連，是讓LED工作的最簡單的方式。只要工作電壓(VB)保持恒定，LED就可以發(fā)出恒定強度的光(盡管隨著環(huán)境溫度的升高光強會減小〉。通過改變串聯(lián)電阻的阻值能夠?qū)⒐鈴?wbr>調(diào)節(jié)至所需要的強度。

    設(shè)計LED驅(qū)動電源時，要知道LED的電流、電壓特性。由于LED的生產(chǎn)廠家及LED的規(guī)格不同，其電流、電壓特性均有差異?，F(xiàn)以LED典型規(guī)格為例，按照LED的電流、電壓變化規(guī)律，一般正向電壓為3.0r--..-3.6Y，典型電壓值為3.3Y，電流值為20mA，當(dāng)加在LED兩端的正向電壓超過 3.6Y后，正向電壓很小的增加都會導(dǎo)致LED的正向電流成倍增長，使LED發(fā)光體的溫度上升過快，從而加速LED光衰減，使LED的壽命縮短，嚴(yán)重時甚至燒壞LED。

    現(xiàn)在很多廠家生產(chǎn)的LED燈類產(chǎn)品(比如護欄燈、燈杯、投射燈)都采用阻容降壓方式，然后加上一個穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓，向LED供電。這種驅(qū)動LED的方式存在極大的缺陷，首先效率低，在降壓電阻上消耗大量的電能，甚至有可能超過LED所消耗的電能，且無法提供大電流驅(qū)動，因為電流越大，消耗在降壓電阻上的電能就越多，所以很多產(chǎn)品中的LED不采用并聯(lián)方式，而采用串聯(lián)方式以減小電流。其次，穩(wěn)定電壓的能力極差，無法保證通過LED的電流不超過其正常工作要求。設(shè)計時可通過降低LED兩端的電壓來供電驅(qū)動，但這樣是以降低LED的亮度為代價的。采用阻容降壓方式驅(qū)動LED時，LED的亮度不能穩(wěn)定，當(dāng)供電電源電壓較低時，LED的亮度變暗:供電電源電壓較高時， LED的亮度變亮。以阻容降壓方式驅(qū)動LED的最大優(yōu)勢是成本低。

    電容降壓電路屬于一種常見的小電流電源電路，由于其具有體積小、成本低、電流相對恒定等優(yōu)點，常應(yīng)用于LED的驅(qū)動電路中。

    1.最簡單的電容降壓電路

 

    2.采用壓敏電阻的電容降壓LED驅(qū)動電路
    圖3-13所示為一個實用的采用電容降壓的LED驅(qū)動電路，該電路與目前大部分應(yīng)用電路的不同之處在于連接有壓敏電阻(也可以是瞬變電壓抑制二極管)，壓敏電阻(或瞬變電壓抑制二極管)能在電壓突變的瞬間(如雷電、大用電設(shè)備啟動等)有效地將突變電流泄放，從而保護LED和其他晶體管。瞬變電壓抑制器的響應(yīng)時間一般為納秒級。

圖3-13電容降壓的LED電路

    在圖3-13中，電容C1的作用是降壓和限流;VDlr--..-VD4的作用是整流，用于將交流電整流為脈動直流電壓，VDlr--..-VD4可選擇 1N4007系列的整流二極管。C2、C3的作用為濾波，用于將整流后的脈動直流電壓濾波成平穩(wěn)的直流電壓。C2、C3的耐壓應(yīng)根據(jù)負載電壓而定，一般為負載電壓的1.2倍，其電容容量視負載電流的大小而定。壓敏電阻Rv(或瞬變電壓抑制二極管)的作用是將輸入電源中瞬間的脈沖高壓對地泄放掉，從而保護 LED不被瞬間高壓擊穿。

    LED串聯(lián)的數(shù)量視其正向?qū)妷?吟)而定，在220V交流電路中最多可以達到80個左右。電容的耐壓一般要求大于輸入電源電壓的峰值，在220V/50Hz的交流電路中，可以選擇耐壓為400V以上的滌綸電容或紙介質(zhì)電容。

    3.采用可控硅的電容降壓LED驅(qū)動電路

    圖3-14所示為采用可控硅的電容降壓驅(qū)動電路。在該電路中，可控硅SCR和民組成保護電路，當(dāng)流過LED的電流大于設(shè)定值時，SCR導(dǎo)通一定的角度，從而對電路中的電流進行分流，使LED工作于恒流狀態(tài)，從而避免LED因瞬間高壓而損壞。

圖3-14采用可控硅的電容降壓LED驅(qū)動電路

    4.具有濾波單元的電容驅(qū)動電路

    在圖3-15所示電路中，C1、RJ、RVI、LJ和R2組成第一級電源濾波電路，用于將輸入的瞬間高壓濾除;C2、民組成降壓電路; C3、C4、L2及RV2組成整流后的濾波電路。此電路采用雙重濾波電路，能有效地保護LED不被瞬間高壓擊穿損壞。

 

圖3-15具有濾波單元的電容驅(qū)動電路

工作原理：
    接通電源后，VT1因R1接負極，而c1兩端電壓不能突變。VT1(b)極電位低于e極，VT1導(dǎo)通，VT2(b)極有電流流入，VT2也導(dǎo)通，電流從電源正極經(jīng)L、VT2(c)極到e極，流回電源負極，電源對L充電，L儲存能量，L上的自感電動勢為左正右負。經(jīng)c1的反饋作用，VT1基極電位比發(fā)射極電位更低，VT1進入深度飽和狀態(tài)，同時VT2也進入深度飽和狀態(tài)，即Ib>Ic/β(β為放大倍數(shù))。隨著電源對c1的充電，C1兩端電壓逐漸升高，即VTI(b)極電位逐漸上升，Ib1逐漸減小， 當(dāng)Ib1<=Ic1/β時，VT1退出飽和區(qū)，VT2也退出飽和區(qū)，對L的充電電流減小。此時．L上的自感電動勢變?yōu)樽筘撚艺?，?jīng)c1反饋作用。VT1基極電位進一步上升，VT1迅速截止，VT2也截止，L上儲存的能量釋放，發(fā)光管上的電源電壓加到L上產(chǎn)生了自感電動勢，達到升壓的目的。此電壓足以使LED發(fā)光。

  

一般的小手電筒通常存在的問題是電池壽命太短。據(jù)統(tǒng)計，普通的手電筒耗電量大約在為2瓦。如圖所示的LED手電筒所消耗的電量僅僅只有24mW，4節(jié)5號堿性電池可提供超過80次的服務(wù)（這意味著，可持續(xù)使用1個月）盡管這個手電筒的亮度很有限， 但用于普通行路時照明用是足夠的了。
LED手電筒的核心是一個7555時基集成電路（不能使用普通的555）。一個白色的發(fā)光二極管（如果你找不到，只能用別的顏色代替）工作時發(fā)出的亮度大約為400mcd，這樣當(dāng)聚焦時，可照亮30米遠的物體。
聚焦的辦法是在LED的前面安裝一個短焦距的聚焦透鏡。
如果希望使用其他的電壓值，電阻R3的值必須修改：9V - 470歐    12V - 560歐
 

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