阻容式LED电源 (原创) admin    17/12/07

简介:

    家中的镜前灯歇菜了,正好手头有一根废弃的LED灯条,准备把它利用起来,需要为其设计一个衡流驱动器。网上有很多关于LED驱动器的设计方案,最简单的要数电容降压式的了, 本文着重介绍了该方案的设计计算方法。

设计方法:

    手头这根灯条的灯珠从外形看应属2835型的。网上查此型号的灯珠,工作电压均在2.8-3.6V之间,但工作电流有30mA、60mA和150mA三种规格。 不知道我的是哪一规格,准备把它接到实验稳压电源上试一下。这根灯条的灯珠是2个一组并联后再串接起来的,总长120CM。按照镜前灯的尺寸,截取了其中78CM共2x21=42颗灯珠。 截下后刮掉末端漆层,露出两根铜皮焊上短接线。该灯条每30CM处有外露短接点,如果刚好截取30,60,90CM的话,就不用挂漆了。

LED灯带

    将稳压电源的输出电流限制调到60mA(按最小规格30mA*2),逐步调高稳压电源的输出电压,当电压达到60.2V时,电流达到60mA,灯珠貌似正常发光了,但我不知道是否已满负额,点亮一段时间后去摸灯珠, 基本不觉得有温升。于是把电流调到120mA,(此时电压64.2V)再试,灯珠比之前更亮,一段时间后摸灯珠,感觉微微有些发热。估计这个就差不多了,没有继续测试2x150mA的情况,怕弄坏了。

LED驱动原理图

    驱动电路原理图如上,全桥选用4枚最普通的1N4007构建,其它各器件需要算一下参数。

    首先确定C1取值:输入交流电源峰值为Vpin = 220*1.414≈310V,灯带工作电压为Vc2 ≈ 64V,因此C1上的峰值电压为Vpc1 = Vpin - Vc2 =310-64=246V。 假如C1为1uf,从0V充电到246V需要流过246uC电荷,耗时为50Hz交流电的1/4周期(5ms),因此电流均值为I = 246uC/5ms≈50mA,这个电流也就是流经灯带的电流大小,灯带需要120mA电流,因此C1=120/50=2.4uf,手头只有1uf/450V的电容,用了2个这样的电容并联.这样实际工作电流为2*50=100mA,功率约6W,电流略小于额定值有助于延长灯珠寿命 。

    电阻R1用于释放C1上的电荷,以免电到维修人员,取值没太大考究,不超电阻额定功率就行,我们使用了一枚910K的1/8W电阻。

    再确定C2上允许的最高电压Vc2_max, 查阅灯珠数据手册,其最大耐受电流为其额定值的2倍,也就是说,我的灯条可通过2*120=240mA电流而不至于损坏(当然不能长期这样工作)。从上面的测试数据可以看出,灯带电流从60mA升到120mA,对应电压从60.2升到64.2V,也即15mA/V,由于LED导通时,伏安特性基本是一条直线,可以推算电流上升到240mA, 电压应该是Vc2-max = 60.2+(240-60)/15=72.2V.也就是说,任何时候,C2上的电压不能超此值。

    如果电源线上出现一个浪涌电压,使得C1上的电压从正常状态的310V升到其耐压允许的450V。则需要向C1充电量为(450V-310V) * 2uF = 280uC.C2也在充电回路上,因此C2也被充上等量电荷,为确保C2上的电压不超Vc2_max, C2的容量不小于280uc/(72.2 - 64.2) = 35uF。C2除了用于吸收浪涌电压,也能对50Hz交流电流起到平抑作用,使流过灯带的电流均匀些,我用了3枚470uf/35V的电解串联成一个157uf/105V的电容,因为手头只有这些器件,这其实有些浪费。

    最后需要确定R2取值,由于R2上正常工作电流即为100mA,用一个10ohm,1/8W电阻,功耗≈0.1*0.1*10=0.1W,没有超出电阻功率限额,严格地讲,R2上流过不是平稳的直流,功率不能这样计算,但这样算出入不会太大。C1,C2确定后,R2的取值决定了系统能够承受浪涌电压的幅度和时间。取值越大,抗浪涌能力越强,但功耗也随之增大。 实际电路中我用了5枚10ohm电阻串成50ohm,总功耗0.5W,这样,整体效率为6W/(6W + 0.5W) = 92%。这样能够承受的浪涌冲击为280uc * 50ohm=14000微秒伏特(eg:500V浪涌持续28us)。

    以下为洞洞板搭建的实物,在卫生间用,湿度较大,表面喷了三防漆。

LED驱动实物图


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