阻容式LED驱动电源原理详解

frankie.wang · 发表于 2016-1-7 17:30

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本帖最后由 frankie.wang 于 2016-1-7 17:32 编辑

Think Tank按语
初看这个电路,令人直叹LED驱动电源真简单，但能将这简单电路理解透彻并做成完美的产品并不容易。 PFC电路那么多年就是经典的Boost电路，也很简单，但做成好产品就不那么特别地容易了。
该文是业内顶尖照明行业专家叶鸣先生为鼎阳硬件智库特约专稿的第一篇。至朴实见至功底。照明行业的朋友们迅速转起哦。期待叶大师的更多文章和大家见面！

引言:
非常荣幸能应邀为鼎阳硬件设计与测试智库撰写我的技术文章，作为第一篇，我从最简单而且应用非常广泛的LED阻容供电电路写起，这个电路虽然简单，但是应用非常广泛，在国内9W以下的LED驱动电源中，几乎都是它的天下，而目前没见到理想而详细的原理分析，大家在详细了解它的工作原理后，将会给这种电源的设计工作带来便利，也可以改善已有的设计电源，由于本人水平有限，缺点错误在所难免，希望大家多提宝贵意见，下面就此进入正文！

首先给出的是阻容式LED驱动电源原理图：

图1.阻容式LED驱动电源原理图

一．元件解说：

1.       L和N线是连接市电的输入，可以根据各国自己特定的电网电压和频率来设计元器件的参数，一般说来，每种电源不能在各种市电上通用的，只能根据特定的电网电压和频率使用；
2.       C1是降压电容，如果电网电压直接加在LED上，由于LED是电压型的负载，当电网的电压大于LED电压的时候，从理论上说，LED的电流会无限增长，LED在瞬间将遭到烧毁，所以需要一个电容通过充放电来抵消输入电压的增长，使电网加在LED上的电压不会太大，从而使得通过LED的电流在允许的范围内，从这个意义上来说，电容也有镇流的作用，它可以防止通过LED上的电流过大；
3.       R1是阻值很大的电阻，在电路工作的时候，基本不起作用，耗电也很少，只是在断开市电时候，给电容C1放电用的；
4.       D1-D4这4个二极管大家都知道做全波整流用，这里就不多说了；
5.       C2是把市电经过整流后变成的脉动直流电进行滤波，变成较为平滑的直流电，给LED供电，减小LED灯电流的纹波；
6.       D5即是LED光源，提供发光照明用。

二．电路工作原理：

图2.市电电压（粉红色）和通过电容C1（黄色）电流的波形

当市电加到L,N两端的时候，上电的瞬时之间，C1上无电荷，可以看作是短路的，市电就通过D1-D4桥式整流和C2的滤波后，给LED供电，LED开始发光，随着时间的推移，C1上的电荷逐渐增加，同时C1上两段的电压也逐渐增加，这个电压对LED来说，有抵消电网点压的作用，同时也会限制电流的进一步增加，因此这个电容也有镇流的作用，当随着电网的电压逐渐上升，电容C1上的电压完全抵消电网电压的时候，电网就没再能提供电流给LED，这时通过电容的电流为0，如图3箭头所示。

图3.电容C1上充满电，C1和LED上的电压之和可以完全抵消电网的电压的瞬时

当电网供电的电流为0时，这时LED使用的是储存在C2里的电能，靠这个电能来维持发光，当电网的电压到达顶峰后下降，下降到低于电容C1和LED电压之和的时候，电容C1开始放电，产生放电电流，这个放电的时间点如图4箭头所示，

图4.电容开始放电的瞬时

有一点提请大家注意了，这个放电电流不是在过零点之前放完的，而是在过零点之后才放完的，在过零点的时候，C1上的电压差不多是大于LED的电压一点，这样就在过零点的时候维持C1的电流，过了零点后，电网电压反转，加在LED上的电压是电网电压和电容C1电压之和，因为电容处于放电状态，这样维持到电容C1上电压反转直到电容C1和LED上电压之和等于电网电压的时候，C1上的电流又为零，如此反复进行下去，灯就是这样维持工作状态的，上面的加一句，这些都是通过D1-D4桥式整流滤波后提供给LED的。

下面的图5即是输入电压波形和LED电流的波形，红色的是输入市电电压的波形，由于电网的缘故，不是很标准的正弦波形，由此也可以看到电网的供电水准了，黄色的是通过LED的电流的波形，由于降压电容的缘故，他们之间有个相位差，但是不影响使用。

图5.输入市电电压和通过LED电流的波形

三．设计时元器件参数的控制

      主要是对各器件的极限参数的控制，在极限工作状态时，如最大电压时，各个元器件所承受的最大电压。电流值和温度均应在其可忍受范围内，即能保证产品的质量！下面举出选用元器件特别要留心的参数！

元器件选用举例：

1.       电容C1，选用交流型低频金属膜电容或其他类似交流电容器，耐压应超过输入市电电压峰值2倍以上；
2.       电阻R1，选用金属膜电阻，耐压应超过输入市电电压峰值2倍以上；
3.       D1-D4二极管不必选择快恢复二极管，普通整流管即可，但是耐压应超过输入市电电压峰值2倍以上；
4.       C2的选择是耐压值超过光源的压降1.2倍即可；

以上即是本人研究该类电源总结的一点心得，与大家分享下，希望多提宝贵意见！

鼎阳硬件设计与测试智库专家介绍
      叶鸣先生, 1984年毕业于安徽大学物理系，历任安庆市机电研究所助理工程师、工程师，惠而浦（顺德）微波公司电子工程师，欧司朗（佛山）照明公司研发中心高级研发工程师，富桦明电子公司研发中心高级工程师，锐高（深圳）照明公司研发中心高级研发工程师，雷士照明上海研发中心主任工程师，以及其他国内的多家公司总工，在荧光灯电子镇流器、LED驱动电源上有很深的造诣，具有丰富的世界级照明电源名牌产品的设计、生产和管理经验，设计的产品畅销全球五大洲！

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