小功率LED驱动电路设计方案

　　正向恒电流导通，反向截止。输出的恒电流大，精度高，启动电压低。器件按极性接入电路回路中，即可达到恒流的效果，应用简单，实现了电路理论和电路设计中的二端恒流源。由于输出电流大，可以直接驱动负载，实现恒定电流电源。在LED、半导体激光器、以及需要恒功率供电驱动的场合有广泛应用。具有启始电压低(3~3.5 V)，恒流电压范围广(25~100 V)，响应时间快(tr 50 ns tf 70 ns)，负温度系数等优良特性。为了提供更大电流可以将多个恒流二极管并联使用，并联以后输出电流为各个恒流二极管标称电流之和。由于恒流二极管工作电压范围加大，因此即使负载LED短路也不会导致整个驱动电路烧毁，具有很强的电路保护功能。

小功率LED正向电压2.8~3.2 V，最大工作电流为20 mA。LED 亮度L 与正向电流IF 成正比：

　　mL = KI F (K 为比例系数)[6]，工作电流越大发光亮度越大，但由于LED 也具有亮度和饱特性，所以LED 正向驱动电流应小于其标电流。小功率LED电流达15 mA 以后，亮度以达到饱和，如果继续增大电流不仅不会提高亮度，还会使LED 的PN 温度迅速升高导致光衰。

C1 为降压电容，电容降压电路输出电流主要与降压电容容量和输出电压有关，输出电压越高电流越小。理论上驱动电路输出电压可以达100 V 以上，但考虑到高电压下滤波电容C2 的体积较大，不易于电路安装，本文设计的驱动电路主要使用50 V和100 V 的滤波电容。虽然电容容值越大驱动电路输出电流越大，但降压电容值太大会降低整个驱动电路的安全特性与稳定性，因此建议降压电容的容值不要超过3.3 μF。下表1 给出了采用0.68~3.3 μF不同大小降压电容，驱动电路在不同电压下提供的电流以及能够驱动的最多LED 数量。(此表中的数据为多次实验与仿真所得)。

　　LED 采用交叉阵列方式连接，先将相同个数LED 并联成组，再将各个组串联。采用交叉阵列方式，对LED 灯珠一致性要求不高，并且不会因为其中一颗灯珠损毁而导致整个LED 灯熄灭。由于目前LED 白光频谱成分单一，柔和性较差，为了提高LED 灯整体发光柔和度，应在白光LED 灯中适当加入几颗黄光LED 灯珠。

　　3 仿真与实验分析

　　3.1 驱动电路的 Pspice 仿真

　　为了验证驱动电路的可行性，采用pspice 电路仿真软件对电路进行了仿真，图3 为瞬态分析时输出电压与电流波形。驱动电路中降压电容C1 容量为1 μF，滤波电容C2 容量为1000 μF，串联一颗2DHL060 恒流二极管(恒定电流60 mA)，输出驱动28 颗0.06 W 白光LED(采用4*7 交叉连接方式)。

　　从图可以看出电路在100 ms 时进入稳定状态 ,稳定后其输出电压为25V 输出电流恒定为60 mA。基本验证了基于恒流二极管的小功率LED 驱动电路的可行性。

　　3.2 实验分析

　　为了进一步验证了基于恒流二极管的小功率LED 驱动电路的可行性。制作了驱动65 颗(5*15方式连接)0.06 W 白光LED 的驱动源，其中降压电容C1 为1.5 μF，滤波电容C2 为1000 μF，恒流二极管为两颗2DHL040 并联，并利用万用表对电流电压进行测量。实际测得输入电压在196~248 V范围内输出电流恒定为80 mA，相当于流过每个LED 电流为 16 mA。在219 V 输入电压条件下，整个电路消耗的功率为 7.1 W ，则驱动源的功率因素为 0.47。图5 为制作的小功率驱动源实物图。

　　4 总结

　　本文设计的基于恒流二极管小功率LED驱动电路结构简单、成本低廉、满足LED 恒流驱动的要求，经过多次实验验证本驱动电路可靠性很高。通过改变降压电容可适合用作多种 LED 灯具电源。