LED節(jié)能燈電路圖之一

1、Led節(jié)能燈電路圖（一）LED通用照明應(yīng)用及發(fā)展前景LED除了廣泛應(yīng)用移動(dòng)設(shè)備、中大尺寸液晶顯示屏（LCD）背光及LED標(biāo)牌等領(lǐng)域外，如今也在越來(lái)越多地用于LED汽車(chē)內(nèi)部/外部照明，如前照燈、霧燈、尾燈、停車(chē)燈、儀表盤(pán)背光、車(chē)頂燈、閱讀燈和氛圍燈等，以及住宅照明和建筑物裝飾照明等LED通用照明。LED通用照明應(yīng)用覆蓋范圍廣，低至3W到15W的LED住宅照明，中等功率有如15W至 75W的商業(yè)及建筑物裝飾性照明，高至75W到250W的戶外及基礎(chǔ)設(shè)施照明，典型照明產(chǎn)品有如MR16/GU10燈、E27/A19燈泡、鎮(zhèn)流器、筒燈、T8燈管、街燈等。LED通用照明應(yīng)用極具發(fā)展前景。各種LED通用照明燈具

2、中，近期來(lái)看，LED燈泡（如A19 LED燈泡）的發(fā)展勢(shì)頭驚人。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年全球LED燈泡出貨量達(dá)7。35億只，2013年增長(zhǎng)到12。25億只； 2014年迎來(lái) LED燈泡市場(chǎng)的引爆點(diǎn)，2015年LED燈泡平均價(jià)格將會(huì)降至10美元以下，出貨量預(yù)計(jì)將進(jìn)一步增長(zhǎng)至39億只左右。高能效驅(qū)動(dòng)器是LED通用照明的重點(diǎn)要將LED照明的節(jié)能功能發(fā)揮至最高，就需要高能效的LED驅(qū)動(dòng)器。我們以LED燈泡為例，典型的 LED燈泡包含LED陣列、驅(qū)動(dòng)電路、散光罩、散熱片和螺旋燈頭等主要組件，見(jiàn)圖2的左半部分。就驅(qū)動(dòng)電路而言，高能效LED驅(qū)動(dòng)器IC無(wú)疑是其中的重點(diǎn)。圖2的右半部分顯示了典型的LED燈泡驅(qū)動(dòng)電路，

3、其中使用的是典型的獨(dú)立式LED驅(qū)動(dòng)器。要發(fā)揮LED通用照明的高能效優(yōu)勢(shì)，LED驅(qū)動(dòng)器存在多重挑戰(zhàn)。首先就是能效至關(guān)重要。以LED燈泡為例，其形狀固定，散熱受限，采用高能效LED驅(qū)動(dòng)器則可幫助將更多電能轉(zhuǎn)化為光能，幫助散熱。其次，LED燈泡空間有限，需要更大的散熱片面積，較大功率的燈泡尤為如此。此外，LED正在迅速變化，提供多種選擇，這對(duì)LED驅(qū)動(dòng)器的選擇也構(gòu)成了挑戰(zhàn)。由于LED燈泡空間有限，故須減小驅(qū)動(dòng)電子電路的尺寸以使剩余空間增多，配合散熱。LED通用照明涵蓋不同功率等級(jí)，故須優(yōu)化LED驅(qū)動(dòng)器選擇，以配合不同照明及功率要求。出于安規(guī)、LED選擇等因素，設(shè)計(jì)人員還須考慮是采用隔離還是非隔離拓?fù)?/p>

4、結(jié)構(gòu)，由此也影響到LED驅(qū)動(dòng)器的選擇。利用半導(dǎo)體配合LED通用照明的驅(qū)動(dòng)器方案安森美半導(dǎo)體，是 LED照明高能效的器件之一，適應(yīng)于移動(dòng)設(shè)備、LCD背光、LED標(biāo)牌、汽車(chē)及通用照明等方面。利用其寬廣陣容的模擬電源IC、分立器件及先進(jìn)微封裝，提供高能效的LED模塊驅(qū)動(dòng)器方案。半導(dǎo)體能用于低功率LED通用照明應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)器包括NCL30000、NCL30002及NCL3008x系列等。其中，NCL30000是單段式功率因數(shù)校正（PFC）、支持TRIAC調(diào)光的LED驅(qū)動(dòng)器，采用次級(jí)端控制器，支持反激/降壓/降壓-升壓等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。NCL30002也是單段式功率因數(shù)校正 LED驅(qū)動(dòng)器，支持降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提供

5、±3%的電流容限。NCL3008x系列目前包括NCL30080、NCL30081、NCL30082和 NCL30083等器件，是新推出的高能效準(zhǔn)諧振控制器，用于低功率LED照明應(yīng)用。NCL3008x系列采用初級(jí)端穩(wěn)流（Primary Side Regulation）技術(shù)（也稱初級(jí)端控制或原邊控制）這種新穎的控制方法，省去次級(jí)端控制電路及光耦，能夠精確地從初級(jí)端對(duì)LED電流進(jìn)行恒流穩(wěn)流，幫助簡(jiǎn)化PCB布線、節(jié)省電路板空間、提升能效，并簡(jiǎn)化安全分析（見(jiàn)圖3左）。此外，它還具有高穩(wěn)流精度、支持寬正向壓降（Vf）范圍、低電磁干擾（EMI）及集成強(qiáng)固保護(hù)特性等眾多優(yōu)勢(shì)。這系列器件提供0。8至0

6、。9的功率因數(shù)，符合美國(guó)“能源之星”對(duì)功率大于5W的LED燈泡在功率因數(shù)方面的要求（PF0。7）?；贜CL30082的緊湊型A19 LED燈泡的參考設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖2右側(cè)）。這參考設(shè)計(jì)優(yōu)化用于隔離反激或非隔離降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，優(yōu)化用于10W LED照明應(yīng)用。它采用谷底填充PFC來(lái)滿足“能源之星”功率因數(shù)高于0。7的要求。PCB及元件的尺寸目標(biāo)是22x60mm柱體。測(cè)試顯示，此參考設(shè)計(jì)提供高能效、高功率因數(shù)及高穩(wěn)流精度。而在中等功率及大功率LED照明方面，既包含單段式及組合控制器，也包含傳統(tǒng)的兩段式（PFC段+DC-DC段）控制器，覆蓋從15W至400W的寬廣功率范圍，如圖4所示。從圖4中可以看出

7、，在中等功率LED通用照明應(yīng)用中，可以采用NCL30000及NCL30001 這樣的單段式功率因數(shù)校正LED控制器；而在功率更大的應(yīng)用中，可以采用NCL30051和NCP1910這樣的高能效組合控制器。以NCL30051為例，這是一款功率因數(shù)校正（PFC）及諧振半橋組合控制器，優(yōu)化用于離線LED照明應(yīng)用，能夠?yàn)榻祲篋C-DC轉(zhuǎn)換器/LED驅(qū)動(dòng)器提供恒定電壓。這器件集成了一個(gè)臨界導(dǎo)電模式（CrM） PFC控制器及一個(gè)半橋諧振控制器，并內(nèi)置600V驅(qū)動(dòng)器，針對(duì)離線電源應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，具備了所有實(shí)現(xiàn)高能效、小外形因數(shù)設(shè)計(jì)所需的特性。除了上述單段式方案，還可以根據(jù)應(yīng)用需求選擇傳統(tǒng)的兩段式（PFC段+D

8、C-DC轉(zhuǎn)換段）方案。具體而言，PFC段可選用的控制器包括NCP1653、NCP1631、NCP1611/NCP1612及NCP1608等。其中，NCP1611 /2是增強(qiáng)型高能效PFC控制器，基于創(chuàng)新的電流控制頻率反走（CCFF）架構(gòu)，在PFC電感電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，電路通常工作在臨界導(dǎo)電模式（CrM），而當(dāng)電流低于預(yù)設(shè)值時(shí)，將開(kāi)關(guān)頻率線性降低至約20kHz，此時(shí)電流為零。CCFF架構(gòu)同時(shí)將額定負(fù)載工作能效和輕載能效提升至最高，特別是將待機(jī)損耗降至最低等典型應(yīng)用包括可用于平板電視、一體式計(jì)算機(jī)和大功率電源適配器，以及LED照明電源及驅(qū)動(dòng)器、可調(diào)光熒光燈鎮(zhèn)流器等。在DC-DC段，可以選用的器件包

9、括NCP1398、NCP1380、NCP1288和NCL30105等。智能LED照明的優(yōu)勢(shì)及發(fā)展預(yù)測(cè)正在興起的LED智能照明是LED通用照明市場(chǎng)的另一個(gè)重點(diǎn)，也是重要發(fā)展方向。所謂“智能照明”，往往結(jié)合了智能可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器、無(wú)線接收器、紅外接收器、環(huán)境光傳感器及無(wú)源紅外占用情況傳感器等。LED智能照明將使LED更易于控制及調(diào)光。LED智能照明電子電路中將增強(qiáng)多種新功能，如結(jié)合占用情況傳感器或環(huán)境光傳感器來(lái)配合調(diào)光控制及省電等。例如，內(nèi)置占用情況傳感器可用于檢測(cè)及確定照明區(qū)域是否有人，一般用于房間入口或出口，能夠進(jìn)行安全地照明控制及省電。這類(lèi)傳感器大多數(shù)使用的是無(wú)源紅外（Ir）傳感器，其它的

10、傳感器選擇包括超聲波及運(yùn)動(dòng)傳感器等。圖5：智能LED照明集成了多種新功能此外，電子電路中采用硅光電傳感器，可用于不同應(yīng)用，如測(cè)量環(huán)境光以采集日光，以及用于感測(cè)燈具光輸出來(lái)進(jìn)行LED照明控制等。典型的環(huán)境光傳感器有帶線性輸出的NOA1211/2及帶雙輸出的NOA1305等。環(huán)境光傳感器配合戶外（黃昏/黎明）及室內(nèi)（日光采集）調(diào)光，因而節(jié)能。透過(guò)閉環(huán)控制LED光源，可以調(diào)節(jié)不同溫度及時(shí)間條件下的特定光輸出。此外，帶LED輸出光反饋的恒定光輸出調(diào)節(jié)能節(jié)省及延長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)器使用壽命。智能照明也將更靈活，可以使用低能耗的無(wú)線接口，如IrDA紅外、Zigbee及低能耗藍(lán)牙（Bluetooth LE），無(wú)需改變開(kāi)

11、關(guān)或線纜。但這要求無(wú)線控制標(biāo)準(zhǔn)就位，如Zigbee Light Link等。LED驅(qū)動(dòng)器IC要配合LED“智能”照明，其設(shè)計(jì)必須能夠輕易地配合模擬及數(shù)字（即PWM）調(diào)光。例如， NCL30082 LED控制器配合智能調(diào)光接口，能以單個(gè)控制引腳進(jìn)行模擬調(diào)光、數(shù)字調(diào)光，或是同時(shí)進(jìn)行模擬與數(shù)字調(diào)光，提供0至100%的寬調(diào)光范圍。這器件易于連接模擬傳感器或微控制器（MCU）通用輸入/輸出端口（GPIO），增強(qiáng)了設(shè)計(jì)靈活性。在這些技術(shù)的配合下，智能LED燈泡及LED模塊即將出現(xiàn)。通過(guò)結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化的無(wú)線控制技術(shù)、以太網(wǎng)及因特網(wǎng)，人們有望使用智能手機(jī)遠(yuǎn)程控制LED燈泡。新的方案還能解決熱管理、光學(xué)及模塊化/替

12、代問(wèn)題。單片機(jī)控制電路由ATMEL公司的ATmega8L型單片機(jī)、濾波電容和AD轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，用于采集加速度傳感器信號(hào)，將采集到的信號(hào)與預(yù)先設(shè)置的閾值相比較，控制發(fā)光二極管的閃爍，如上圖所示。ATmega8L每個(gè)端口引腳都有3個(gè)寄存器位：DDxn、 PORTxn和PINxn。DDxn位于DDRx寄存器，PORTxn位于PORTx寄存器，PINxn位于PINx寄存器。DDxn用于選擇引腳方向，DDxn為“1”時(shí)，Pxn設(shè)置為輸出，否則設(shè)置為輸入。當(dāng)引腳置為輸入時(shí)，PORTxn為“1”，上拉電阻使能。如果需要關(guān)閉該上拉電阻，可將 PORTxn清零，或者將該引腳置為輸出。復(fù)位時(shí)各引腳為高阻態(tài)，即使此

13、時(shí)并沒(méi)有時(shí)鐘在運(yùn)行。當(dāng)引腳配置為輸出時(shí)，若PORTxn為“1”，引腳輸出高電平，否則輸出低電平。ATmega8L判斷和處理加速度傳感器MMA1260D測(cè)得的信息，若能滿足條件則通過(guò)PD0、PD1、PD2引腳產(chǎn)生3路信號(hào)施加到3個(gè)繼電器依次對(duì)內(nèi)、中、外三圈的LED燈進(jìn)行點(diǎn)亮與熄滅控制。若不滿足條件，則ATmega8L不輸出信號(hào)。簡(jiǎn)易60燈珠L(zhǎng)ED電路簡(jiǎn)易38珠燈環(huán)電路下面是一款 LED燈杯的簡(jiǎn)單實(shí)用電路圖，該燈使用 220V電源供電，220V 交流電經(jīng)C1降壓電容降壓后經(jīng)全橋整流再通過(guò) C2濾波后經(jīng)限流電阻 R3給串聯(lián)的 38顆LED提供恒流電源。LED 的額定電流為20mA，但是我們?cè)谥谱鞴?jié)能燈的時(shí)候要考慮很多方面的因素對(duì)LED 的影響，包括光衰和發(fā)熱的問(wèn)題，我們?cè)谧鲞@種燈的時(shí)候因?yàn)長(zhǎng)ED的安裝密度比較高，熱量不容易散出，LED的溫度對(duì)光衰和壽命影響很大，如果散熱不好很容易產(chǎn)生光衰，因?yàn)長(zhǎng)ED 的特性是溫度升高電流就會(huì)增大，所以一般在做大功率照明時(shí)散熱的問(wèn)題是最重要的，將影響到LED的穩(wěn)定性，小功率一般都采取自散熱方式，所以在電路設(shè)計(jì)時(shí)電流不宜過(guò)大。圖中R1 是保護(hù)電阻，R2是電容C1的卸放電阻，R3是限流電阻防止電壓升高和溫度升高LED的電流增大，C2是濾波電容，實(shí)際在LED電路中可以不用濾波電路，C2是用來(lái)防止開(kāi)燈時(shí)的沖擊電流對(duì)LED 的損害，開(kāi)燈