Led驅(qū)動(dòng)電路的工作原理

今天給大家簡(jiǎn)單分析一個(gè)LED驅(qū)動(dòng)電路，供大家學(xué)習(xí)。

一，先從一個(gè)完整的LED驅(qū)動(dòng)電路原理圖講起。

本文所用這張圖是從網(wǎng)上獲取，并不代表具體某個(gè)產(chǎn)品，主要是想從這個(gè)圖中，跟大家分享目前典型的恒流驅(qū)動(dòng)電源原理，同時(shí)跟大家一起分享大牛對(duì)它的理解，希望可以幫到大家。那么本文只做定性分析，只討論信號(hào)的過程，對(duì)具體電壓電流的參數(shù)量在這里不作討論。

圖1 某款LED驅(qū)動(dòng)電路原理圖

二、原理分析

為了方便分析，把圖1分成幾個(gè)部分來講

1：輸入過壓保護(hù)

主要是雷擊或者市沖擊帶來的浪涌。

如果是DC電壓從“+48V、GNG”兩端進(jìn)來通過R1的電阻，此電阻的作用是限流，若后面的線路出現(xiàn)短路時(shí)，R1流過的電流就會(huì)增大，隨之兩端壓降跟著增大，當(dāng)超過1W時(shí)就會(huì)自動(dòng)斷開，阻值增加至無窮大，從而達(dá)到保護(hù)輸入電路+48V不受到負(fù)載的影響)限流后進(jìn)入整流橋。

圖2輸入過壓保護(hù)電路

R1與RV構(gòu)成了一個(gè)簡(jiǎn)單過壓保護(hù)電路，RV是一個(gè)壓敏元件，是利用具有非線性的半導(dǎo)體材料制作的而成，其伏安特性與穩(wěn)壓二極管差不多，正常情況顯高阻抗?fàn)顟B(tài)，流過的電流很少，當(dāng)電壓高到一定的時(shí)候(主要是指尖峰浪涌，如打雷的時(shí)候高脈沖串通過市電串入進(jìn)來)，壓敏RV會(huì)顯現(xiàn)短路狀態(tài)，直接截取整個(gè)輸入總電流，使后面的電路停止工作，此時(shí)，由于所有電流將流過R1和RV，因R1只有1W的功率，所以瞬間可以開路，從而保護(hù)了整個(gè)電路不被損壞。

2、整流濾波電路

當(dāng)交流AC輸入時(shí)，則橋式整流器是利用二極管的單向?qū)ㄐ赃M(jìn)行整流的最常用的電路，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟?/p>

當(dāng)直流DC(+48V)電壓直接進(jìn)入整流橋BD時(shí)，輸出一個(gè)上正下負(fù)的直流電壓，如果+48V電源本身也是直流的，那整流橋的作用就是對(duì)輸入起到的是極性保護(hù)作用，無論輸入是上正下負(fù)還是上負(fù)下正都不會(huì)損壞驅(qū)動(dòng)電源，通過C1C2L1進(jìn)行濾波，圖3是一個(gè)LCΠ型濾波電路，目的是將整流后的電壓波形平滑的直流電。

圖3LCΠ型濾波電路

3、箝位吸收電路

圖4紅框內(nèi)為箝位吸收電路。箝路電路存在的理由其實(shí)就是保護(hù)IC里面的MOS管，其過程為--整流濾波以后的電壓分成2路，一路通過變壓器繞組后進(jìn)入U(xiǎn)1的TK5401的第7、8腳（下文會(huì)介紹U1）。

先看箝位這一路，這路是通過R1、C3、D2然后也連到7、8腳，這個(gè)R1、C3、D2就組成了一個(gè)簡(jiǎn)單的箝位電路，主要功能就是用來吸收尖峰和浪涌的，和RV壓敏電阻作用不同的是，RV主要是防止打雷或者市電沖擊起到保護(hù)作用，箝位功能是吸收變壓器TRANS2-2繞組兩端的反向電動(dòng)勢(shì)，消除自激振蕩，起到快速復(fù)位作用，為變壓器一個(gè)周期做準(zhǔn)備，如果變壓器得不到復(fù)位就會(huì)飽和，會(huì)失去感抗， R1和C3組成了一個(gè)RC充放電回路，用來反向積累的電動(dòng)勢(shì)，D2主要是隔離作用，變壓器在正半周的時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為上正下負(fù)時(shí)，使整過環(huán)路處于斷開狀態(tài)，而變壓器進(jìn)入負(fù)半周時(shí)，給箝位電路提供通路，快速將電動(dòng)勢(shì)環(huán)路處于斷開狀態(tài)，而等變壓器進(jìn)入負(fù)半周時(shí)，給箝位電路提供通路，快速將電動(dòng)勢(shì)釋放，從而達(dá)到保護(hù)IC里頭的MOS管不被尖峰擊穿而損壞。

圖4箝位吸收電路

4、 U1工作原理

這款LED驅(qū)動(dòng)IC--TK5401驅(qū)動(dòng)器，主要的特點(diǎn)是為無需在應(yīng)用電路上使用電解電容器而設(shè)計(jì)的。該IC的主要特點(diǎn)是高低電壓過流保護(hù)補(bǔ)償，不需要電解電容的高PF值。內(nèi)置高電壓功率MOS管650/1.9歐姆，支持通用交流輸入電壓AC85V--265V,該IC的驅(qū)動(dòng)電路通過脈沖檢測(cè)漏電流峰值，在D/ST(7腳，8腳)端電壓高于OCP電壓時(shí)關(guān)閉功率MOS管，漏電流保護(hù)連接在s/ocp(1腳)和GND(3腳)間的電流采樣電阻。當(dāng)采樣電阻的壓降達(dá)到OCP電壓閥值，就關(guān)閉功率MSG管。

通俗一點(diǎn)說，該電路的變壓器采用反激式工作方式，如圖5：即變壓器的初級(jí)和次級(jí)的相位是相反的，在同一時(shí)間，兩者相關(guān)180度。

圖5變壓器采用反激工作方式

整流濾波后通過變壓器繞組然后進(jìn)到IC的7、8腳，這個(gè)7、8腳就是IC里面MOS管的“D極”也叫漏極，接地的是“S極”也叫源極，整過電源電壓的變換都由D極”和S極兩個(gè)引腳的接通和斷開來實(shí)現(xiàn)，就是它們工作時(shí)會(huì)一直處在接通和不接通狀態(tài)，反復(fù)的接通和斷開使變壓器實(shí)現(xiàn)在電--磁-電的變換，至于它是怎么進(jìn)行接通和不接通的?這個(gè)頻率又是多少?下面分析一下工作過程：

①第一次變換的建立：當(dāng)U1上電，通過7、8腳連通的內(nèi)部啟動(dòng)電路給供電，使用U1開始工作，此時(shí)U1將輸出方波脈沖傳遞給U1內(nèi)部MOS管的“G極”也叫柵極，使D極和S極接通，這時(shí)D極和S級(jí)等電位，而S極又是接地的，等于把變壓器的一端瞬間接地，從而產(chǎn)生回路，變壓器是感性元件，電流不能突變，所以它自身會(huì)產(chǎn)生感抗來阻止電流突變。按照線性的曲線進(jìn)行變化，慢慢上升，為了能夠阻止它突然，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與它相反的感應(yīng)電壓勢(shì)來抑制它，這樣一來，下面的繞組和次組繞組就會(huì)跟著產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生電壓，電—磁—電轉(zhuǎn)換的機(jī)理也在于此，當(dāng)然這是變壓器和磁性材料本身具有的特性。

②第二次變換的建立：當(dāng)變壓器下面的繞組產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)以后(我們通常把它叫著正反饋供電繞組)，通過D3整流，R3限流，再經(jīng)C4濾波后分成二路進(jìn)行供電，一路給U1的第2腳供電，另一路給光電耦合器件PC817供電，當(dāng)?shù)?腳開始供電時(shí)，U1內(nèi)部的整個(gè)PWM供電控制系統(tǒng)將自動(dòng)轉(zhuǎn)到由正反饋繞組供電，使內(nèi)部振蕩電路繼續(xù)工作，從而輸出第2個(gè)脈沖控制信息，使MOS管開次開通，如此周而復(fù)始的使用MOS不斷的處理開和關(guān)狀態(tài)進(jìn)而讓變壓器工作在電-磁-電的轉(zhuǎn)換狀態(tài)。圖6是TK5401工作時(shí)序。圖7為TK5401內(nèi)部框圖。

圖6 TK5401工作時(shí)序 圖7：TK5401內(nèi)部框圖

5、輸出整流電路

如圖8為輸出整流電路。變壓器工作以后，次級(jí)就會(huì)輸出一個(gè)電壓通過D4整流，C8和L1進(jìn)行濾波，然后給LED燈進(jìn)行供電，這里的L1除了能夠?yàn)V波，還有續(xù)流的作用，就是保持輸出電流的一致性，正是利用電感中的電流不能突然這一特性。

圖8輸出整流電路

6、恒流電路

恒流電路是整個(gè)電路原理圖的實(shí)質(zhì)，如圖8，是恒流電路的幾個(gè)組成部分。

為了更清楚的說明恒流的工作，有必要重新認(rèn)識(shí)這個(gè)U1。

圖9U1引腳說明

U1的每個(gè)引腳功能，8腳為MOS輸入端，6腳是空腳，5腳外接的電容是振蕩電容，直接決定了RC時(shí)間常數(shù)，就是充放電時(shí)間，一般充電MOS管是接通時(shí)間，放電是斷開時(shí)間，4腳是電壓檢測(cè)腳，通過對(duì)4腳的電壓值控制輸出脈沖的占空比，3腳接地端，2腳是U1供電腳，第1腳外接的電阻和第5腳的電容組成了RC電路，給U1內(nèi)部提供振蕩源，脈沖的充放電時(shí)間常直接由這個(gè)電阻和電容決定。4腳外接的光耦PC817,另一端PC817和輸出電路R4兩端相并聯(lián)， R7在這里是起到檢測(cè)電流的作用，根據(jù)電壓=電流*電阻的原理，電流越大，R4兩端的電壓就會(huì)越大，電壓越大，那么并連到R4兩端的PC817也會(huì)有電壓并且開始導(dǎo)通，導(dǎo)通后副邊的RV也會(huì)跟著導(dǎo)通，就是它內(nèi)阻下降，這樣一來第4腳的電壓就會(huì)上升，上升以后與U1里面的基礎(chǔ)電壓相對(duì)比，然后會(huì)直接輸出一個(gè)信號(hào)使MOS管提成關(guān)斷，從而達(dá)到恒流目的。

圖10恒流電路

三、總結(jié)

LED驅(qū)動(dòng)電源電路圖和其他用電器電源電路一樣，不同的是led驅(qū)動(dòng)電源可能設(shè)計(jì)圖會(huì)不一樣，但它的輸出電流是恒定的,理想的電路是無論LED的特性曲線怎么變化,驅(qū)動(dòng)電源的電流保持不變. 這是LED的伏安特性決定。

審核編輯：彭菁