一种经改进的LED串离线驱动器

对于LED驱动来说，恒流法要优于恒压法。在本文提出的电路中，常用于LED的恒压稳压器被换成一个恒流源。另外，一个起动限流器用于抑制大的浪涌电流，而电压斩波器则可以用于宽达96VRMS~260VRMS的交流输入电压范围。

本文的概念来源于2011年登载的两篇设计实例( 参考文献1与参考文献2)，经过改进，以低成本改善了功率效率。图1和图2中的电路都有着相同的无电感斩波器，以及有争议的功率效率问题。为提高功率效率，应遵循以下两个原则：斩波器电阻的热耗应尽量小; 斩波器应在适当的阈值电压VTH时做切换。另外，VTH应尽量接近于LED串的工作电压。这种方法尽可能地减少了恒流稳压器(CCR)的功耗，同时能维持一个恒定的LED电流。

图3电路是遵循以上原则的一个实例，功率效率约为85%。稳压器IC1和R5构成一个20mA的CCR。LED串中包含足够数量的LED，在20mA时需要120 V 。R6上的电压提供了一种间接测量LED电流的方法。

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VTH是全波整流器桥的输出电压，经R1到R3的分压，超过D5的68V偏压，使Q 1导通，Q 2关断。Q 2导通时， C 1快速充电到VTH， 然后通过LED串缓慢放电，直到交流线的下一个半周期。

在C1放电结束时，VTH不得低于维持LED工作所需要的120V电压，也不能超过最低交流电平VRMS的1.414倍。当LED需要120V电压时，还要加上IC1所需要的3V输入-输出压差，再加上R5的1.25V电压，于是最低C1电压将是124.25V。为简化起见，本图取整到125V。

如图4所示，在一个10 ms的50 Hz半周期内，C 1放电时间远远长于充电时间。在此期间，C 1两端的峰峰值大约为20 mA×10 ms / 22 μF =9.09 V 。于是，UC1-MAX= 125 V +9.09 V=134 .09 V。简单起见该值取整为135 V。这个值就是VTH，任何大于该值的电压都会使Q 1导通，而由Q2斩断。

当Q 1 导通时， 图3 中R 4 在260VRMS输入时的功耗小于20mW，而R 1- R 2- R 3- D 5分压器功耗小于100mW。与LED的2.4W功耗相比，这个结果几乎可忽略不计。这些电阻值较大，因此功耗也低。R3用于精确调节VTH，以配合LED串上的实际压降。

电路中有一个起动限流器，用于限制通过C1和Q2的浪涌电流，浪涌电流的出现是在刚达到VTH前的周期，正好加上了交流电时。限流电阻会降低每个周期的效率，而R9只将上电浪涌限制在1.35A，直至C2充电到足以导通Q3时为止。

当交流输入增加时，斩波器的功耗略有上升， 而功率效率则稍有下降，如表1所示。

这个改进的电路可以工作在96 V ~260 Vac ( 50 Hz ) 。对较大的LED电流，建议提高C1的容量，降低电阻R5阻值。如果LED工作电压不同，则应重新计算一些参数，计算方法同上。LED工作电压越低，交流输入电压也可以越低。本设计实例亦可适用于60Hz交流电。

作者注：

1. 采用大电流通孔电阻，或几只串联的表面安装电阻，要能承受的电压至少为400V。考虑短路时的安全问题，建议使用一根熔丝。

2. 新手实验的安全警告：本电路中有可致死电压，测试与使用期间要特别小心。可能的话，用一个隔离变压器，使电路的交流输入悬浮于大地，不要对示波器机壳悬浮。示波器地没有隔离，因此不能与电路相连接。

3. 在加有交流电压时不要按下按键。为保证维护时的安全，按键使C1通过R10到D8完全放电。