小功率LED驅動電路設計方案

　　正向恒電流導通，反向截止。輸出的恒電流大，精度高，啟動電壓低。器件按極性接入電路回路中，即可達到恒流的效果，應用簡單，實現了電路理論和電路設計中的二端恒流源。由于輸出電流大，可以直接驅動負載，實現恒定電流電源。在LED、半導體激光器、以及需要恒功率供電驅動的場合有廣泛應用。具有啟始電壓低(3~3.5 V)，恒流電壓范圍廣(25~100 V)，響應時間快(tr 50 ns tf 70 ns)，負溫度系數等優良特性。為了提供更大電流可以將多個恒流二極管并聯使用，并聯以后輸出電流為各個恒流二極管標稱電流之和。由于恒流二極管工作電壓范圍加大，因此即使負載LED 短路也不會導致整個驅動電路燒毀，具有很強的電路保護功能。

　　小功率LED 正向電壓2.8~3.2 V，最大工作電流為20 mA。LED 亮度L 與正向電流IF 成正比：

　　mL = KI F (K 為比例系數)[6]，工作電流越大發光亮度越大，但由于LED 也具有亮度和飽特性，所以LED 正向驅動電流應小于其標電流。小功率LED電流達15 mA 以后，亮度以達到飽和，如果繼續增大電流不僅不會提高亮度，還會使LED 的PN 溫度迅速升高導致光衰。

C1 為降壓電容，電容降壓電路輸出電流主要與降壓電容容量和輸出電壓有關，輸出電壓越高電流越小。理論上驅動電路輸出電壓可以達100 V 以上，但考慮到高電壓下濾波電容C2 的體積較大，不易于電路安裝，本文設計的驅動電路主要使用50 V和100 V 的濾波電容。雖然電容容值越大驅動電路輸出電流越大，但降壓電容值太大會降低整個驅動電路的安全特性與穩定性，因此建議降壓電容的容值不要超過3.3 μF。下表1 給出了采用0.68~3.3 μF不同大小降壓電容，驅動電路在不同電壓下提供的電流以及能夠驅動的最多LED 數量。(此表中的數據為多次實驗與仿真所得)。

　　LED 采用交叉陣列方式連接，先將相同個數LED 并聯成組，再將各個組串聯。采用交叉陣列方式，對LED 燈珠一致性要求不高，并且不會因為其中一顆燈珠損毀而導致整個LED 燈熄滅。由于目前LED 白光頻譜成分單一，柔和性較差，為了提高LED 燈整體發光柔和度，應在白光LED 燈中適當加入幾顆黃光LED 燈珠。

　　3 仿真與實驗分析

　　3.1 驅動電路的 Pspice 仿真

　　為了驗證驅動電路的可行性，采用pspice 電路仿真軟件對電路進行了仿真，圖3 為瞬態分析時輸出電壓與電流波形。驅動電路中降壓電容C1 容量為1 μF，濾波電容C2 容量為1000 μF，串聯一顆2DHL060 恒流二極管(恒定電流60 mA)，輸出驅動28 顆0.06 W 白光LED(采用4*7 交叉連接方式)。

　　從圖可以看出電路在100 ms 時進入穩定狀態 ,穩定后其輸出電壓為25V 輸出電流恒定為60 mA。基本驗證了基于恒流二極管的小功率LED 驅動電路的可行性。

　　3.2 實驗分析

　　為了進一步驗證了基于恒流二極管的小功率LED 驅動電路的可行性。制作了驅動65 顆(5*15方式連接)0.06 W 白光LED 的驅動源，其中降壓電容C1 為1.5 μF，濾波電容C2 為1000 μF，恒流二極管為兩顆2DHL040 并聯，并利用萬用表對電流電壓進行測量。實際測得輸入電壓在196~248 V范圍內輸出電流恒定為80 mA，相當于流過每個LED 電流為 16 mA。在219 V 輸入電壓條件下，整個電路消耗的功率為 7.1 W ，則驅動源的功率因素為 0.47。圖5 為制作的小功率驅動源實物圖。

　　4 總結

　　本文設計的基于恒流二極管小功率LED驅動電路結構簡單、成本低廉、滿足LED 恒流驅動的要求，經過多次實驗驗證本驅動電路可靠性很高。通過改變降壓電容可適合用作多種 LED 燈具電源。