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【原創(chuàng)】LED電源次級恒流方案總結

隨著LED照明現(xiàn)在越來越熱，作為LED的生命支柱--LED驅動電源也越來越受到人們的關注。

一直聽到有很多人這么說：LED電源是個特殊的電源，跟普通電源有很大的不同，所以做LED電源要找專業(yè)的LED電源工程師。

這種說法給LED電源蒙上了一層神秘的面紗，但作為做電源的專業(yè)人士，我們都知道LED電源其實沒什么特別，其特點就是需要恒流限壓，況且長期工作在滿載情況下，所以對效率的要求比較高；有些電源由于結構尺寸的限制，對高度有要求。

下面我就試著就目前中小功率的LED照明電源，談談次級恒流的一些常見的方法來一個總結；不一定很全面，也不一定很深入，不過總算能對一些初入行的工程師有些幫助。

聲明：電路并非所有的都是原創(chuàng)，貼出來是為了方便討論，如果涉及到侵權問題，請及時告知本人，以便及時刪除。

 

 

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2010-08-03 19:49

可以毫不夸張的說，LED驅動電源將直接決定LED燈的可靠性與壽命；作為電源工程師，我們知道LED的特性需要恒流驅動，才能保證其亮度的均勻，長期可靠的發(fā)光。

我們先來談談比較流行的TL431的幾種恒流方式。

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2010-08-03 19:51

1、    單個TL431恒流電路

如上圖，即是利用單個TL431恒流的示意圖

原理：此電路非常簡單，利用了431的2.495V的基準來做恒流，同樣限制了LED上面的壓降，但優(yōu)點與缺點同樣明顯。

優(yōu)點：

電路簡單，元器件少，成本低，因為TL431的基準電壓精度高，R12,T13只要采高精度電阻，恒流精度比較高

缺點：

由于TL431是2.5V基準，故恒流取樣電路的損耗極大，不適合做輸出電流過大的電源

此電路的致命缺陷是不能空載，故不適合做外置式的LED電源 

大家可以先討論下，怎樣改進缺陷，明天我繼續(xù)貼出改進型電路

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geojion
LV.5
4
2010-08-03 20:49
@心中有冰
1、   單個TL431恒流電路[圖片]如上圖，即是利用單個TL431恒流的示意圖原理：此電路非常簡單，利用了431的2.495V的基準來做恒流，同樣限制了LED上面的壓降，但優(yōu)點與缺點同樣明顯。優(yōu)點：電路簡單，元器件少，成本低，因為TL431的基準電壓精度高，R12,T13只要采高精度電阻，恒流精度比較高缺點：由于TL431是2.5V基準，故恒流取樣電路的損耗極大，不適合做輸出電流過大的電源此電路的致命缺陷是不能空載，故不適合做外置式的LED電源 大家可以先討論下，怎樣改進缺陷，明天我繼續(xù)貼出改進型電路

頂一下

 

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林建良
LV.7
5
2010-08-04 08:29
@心中有冰
1、   單個TL431恒流電路[圖片]如上圖，即是利用單個TL431恒流的示意圖原理：此電路非常簡單，利用了431的2.495V的基準來做恒流，同樣限制了LED上面的壓降，但優(yōu)點與缺點同樣明顯。優(yōu)點：電路簡單，元器件少，成本低，因為TL431的基準電壓精度高，R12,T13只要采高精度電阻，恒流精度比較高缺點：由于TL431是2.5V基準，故恒流取樣電路的損耗極大，不適合做輸出電流過大的電源此電路的致命缺陷是不能空載，故不適合做外置式的LED電源 大家可以先討論下，怎樣改進缺陷，明天我繼續(xù)貼出改進型電路

US20060066264 可以看一下Yamaha的專利,缺點就是431是2.5V,當電流大時

Current sensor電阻很燙

方式有2我明天再說,趕著10:00到LAB抓EMI,對不起

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2010-08-04 08:57
@心中有冰
1、   單個TL431恒流電路[圖片]如上圖，即是利用單個TL431恒流的示意圖原理：此電路非常簡單，利用了431的2.495V的基準來做恒流，同樣限制了LED上面的壓降，但優(yōu)點與缺點同樣明顯。優(yōu)點：電路簡單，元器件少，成本低，因為TL431的基準電壓精度高，R12,T13只要采高精度電阻，恒流精度比較高缺點：由于TL431是2.5V基準，故恒流取樣電路的損耗極大，不適合做輸出電流過大的電源此電路的致命缺陷是不能空載，故不適合做外置式的LED電源 大家可以先討論下，怎樣改進缺陷，明天我繼續(xù)貼出改進型電路

這個電路的恒流點計算相信大家都知道：ID=2.495/(R12//R13)

取樣電阻R12，R13的功率為PR=2.495*2.495/R13)，對于小功率電源來說，這個功率的損耗相當可觀，所以不建議采用此電路做電流大于200mA的產(chǎn)品

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2010-08-04 09:02
@林建良
[圖片]US20060066264 可以看一下Yamaha的專利,缺點就是431是2.5V,當電流大時Currentsensor電阻很燙方式有2我明天再說,趕著10:00到LAB抓EMI,對不起

謝謝林版主提供的專利電路，不過我這個電路跟那個專利電路還是有很大的差別

閑話少說，大家繼續(xù)看帖

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2010-08-04 09:05

2、單個TL431恒流改進型電路

 

如上圖，即是利用單個TL431恒流的改進型示意圖

原理：此電路同樣是利用了TL431的2.495V的基準來做恒流，跟上面的電路不同點在于減少了電流取樣電路的電壓，只要合計設計R12,R13,R14的值，可以限制LED上面的壓降

優(yōu)點：

電路簡單，元器件少，成本低，跟上面電路相比，顯著降低了取樣電阻的功耗，恒流精度很高，克服了上面的電路不能空載的致命缺陷，當有個別LED擊穿時，可以自動調整輸出電壓

缺點：

當輸出空載時，輸出電壓會有上升，上升幅度由電流取樣電路電阻與R12,R13的比值決定

 

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qinzutaim
LV.11
9
2010-08-04 09:20
@林建良
[圖片]US20060066264 可以看一下Yamaha的專利,缺點就是431是2.5V,當電流大時Currentsensor電阻很燙方式有2我明天再說,趕著10:00到LAB抓EMI,對不起
我靠！這電路也能拿專利??？早知道我就比它還早申請，氣死它！
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chunrol
LV.6
10
2010-08-04 11:16
@心中有冰
2、單個TL431恒流改進型電路[圖片] 如上圖，即是利用單個TL431恒流的改進型示意圖原理：此電路同樣是利用了TL431的2.495V的基準來做恒流，跟上面的電路不同點在于減少了電流取樣電路的電壓，只要合計設計R12,R13,R14的值，可以限制LED上面的壓降優(yōu)點：電路簡單，元器件少，成本低，跟上面電路相比，顯著降低了取樣電阻的功耗，恒流精度很高，克服了上面的電路不能空載的致命缺陷，當有個別LED擊穿時，可以自動調整輸出電壓缺點：當輸出空載時，輸出電壓會有上升，上升幅度由電流取樣電路電阻與R12,R13的比值決定 

我也回一下這個電路的優(yōu)點和缺點:

優(yōu)點：當LED的數(shù)量是一定不變時，樓主說的優(yōu)點就成立了。

缺點:當LED的數(shù)量有一個范圍的時候，缺點就出現(xiàn)了。輸出電流每增加或減少LED都會有所不同.

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machi518
LV.4
11
2010-08-04 11:41
@心中有冰
2、單個TL431恒流改進型電路[圖片] 如上圖，即是利用單個TL431恒流的改進型示意圖原理：此電路同樣是利用了TL431的2.495V的基準來做恒流，跟上面的電路不同點在于減少了電流取樣電路的電壓，只要合計設計R12,R13,R14的值，可以限制LED上面的壓降優(yōu)點：電路簡單，元器件少，成本低，跟上面電路相比，顯著降低了取樣電阻的功耗，恒流精度很高，克服了上面的電路不能空載的致命缺陷，當有個別LED擊穿時，可以自動調整輸出電壓缺點：當輸出空載時，輸出電壓會有上升，上升幅度由電流取樣電路電阻與R12,R13的比值決定 
不錯，頂下，繼續(xù)?。∫妱e人用過，自己沒用過！
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電子盲
LV.4
12
2010-08-04 12:32
@chunrol
我也回一下這個電路的優(yōu)點和缺點:優(yōu)點：當LED的數(shù)量是一定不變時，樓主說的優(yōu)點就成立了。缺點:當LED的數(shù)量有一個范圍的時候，缺點就出現(xiàn)了。輸出電流每增加或減少LED都會有所不同.
繼續(xù)關注學習
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2010-08-04 13:39
@chunrol
我也回一下這個電路的優(yōu)點和缺點:優(yōu)點：當LED的數(shù)量是一定不變時，樓主說的優(yōu)點就成立了。缺點:當LED的數(shù)量有一個范圍的時候，缺點就出現(xiàn)了。輸出電流每增加或減少LED都會有所不同.

看來兄弟真正理解了這個電路的設計思路

不要緊，后面我們還有相關的改進型電路陸續(xù)貼出來，希望繼續(xù)關注

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2010-08-04 13:46
@心中有冰
2、單個TL431恒流改進型電路[圖片] 如上圖，即是利用單個TL431恒流的改進型示意圖原理：此電路同樣是利用了TL431的2.495V的基準來做恒流，跟上面的電路不同點在于減少了電流取樣電路的電壓，只要合計設計R12,R13,R14的值，可以限制LED上面的壓降優(yōu)點：電路簡單，元器件少，成本低，跟上面電路相比，顯著降低了取樣電阻的功耗，恒流精度很高，克服了上面的電路不能空載的致命缺陷，當有個別LED擊穿時，可以自動調整輸出電壓缺點：當輸出空載時，輸出電壓會有上升，上升幅度由電流取樣電路電阻與R12,R13的比值決定 

其實這個電路的真正缺點是：當單個LED的壓降一致性不高時，恒流點也會相應發(fā)生變化。

比如最常見的12串的LED燈，最低壓降為35.5V左右，最高回到37.4V左右（個人的經(jīng)驗，當然不同廠家的情況會不一樣），那么恒流精度就會相差到5%-8%

理由我就不解釋了，大家自己去分析吧

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林建良
LV.7
15
2010-08-04 18:18
@qinzutaim
我靠！這電路也能拿專利?。吭缰牢揖捅人€早申請，氣死它！
若你們公司可以提出比他們更早的日期證明您早已量產(chǎn)的話,可以請貴司的法律顧問寫信到美國/日本將他們拉下來,造服眾生
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林建良
LV.7
16
2010-08-04 19:13
@心中有冰
其實這個電路的真正缺點是：當單個LED的壓降一致性不高時，恒流點也會相應發(fā)生變化。比如最常見的12串的LED燈，最低壓降為35.5V左右，最高回到37.4V左右（個人的經(jīng)驗，當然不同廠家的情況會不一樣），那么恒流精度就會相差到5%-8%理由我就不解釋了，大家自己去分析吧

這提到的缺點,我個人覺得可以藉由阻值差異,將R12//R13值設計大於R15//R16數(shù)十倍,就可以解決,例如R15//R16為8 ohm,則R12//R13必須大於800 ohm,那麼8 ohm影響800 ohm就小很多

但是另一方面:

當參考電壓是2.5V而電流是1A情況,那R15//R16阻值2.5 ohm,功耗高達2.5W

可用簡單方式,采用CMOS的431其參考電壓為1.25V,但耐壓只有20V,反正都有ZD1,就用高一些的ZD1,如此功耗就由2.5W降至1.25W

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chunrol
LV.6
17
2010-08-05 01:06
@林建良
這提到的缺點,我個人覺得可以藉由阻值差異,將R12//R13值設計大於R15//R16數(shù)十倍,就可以解決,例如R15//R16為8ohm,則R12//R13必須大於800ohm,那麼8ohm影響800ohm就小很多但是另一方面:當參考電壓是2.5V而電流是1A情況,那R15//R16阻值2.5ohm,功耗高達2.5W可用簡單方式,采用CMOS的431其參考電壓為1.25V,但耐壓只有20V,反正都有ZD1,就用高一些的ZD1,如此功耗就由2.5W降至1.25W

其實還有一個很好的解決方法:就是將R14分成兩個電阻，中間用一個穩(wěn)壓管來把到REF的電壓穩(wěn)得，哪就在一定范圍內都不會有恒流不準的問題，但這樣做，新問題又出現(xiàn)了，就是空載電壓不準!!不過對LED驅動來說，空載電壓就等于放屁!

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林建良
LV.7
18
2010-08-05 05:03
@chunrol
其實還有一個很好的解決方法:就是將R14分成兩個電阻，中間用一個穩(wěn)壓管來把到REF的電壓穩(wěn)得，哪就在一定范圍內都不會有恒流不準的問題，但這樣做，新問題又出現(xiàn)了，就是空載電壓不準!!不過對LED驅動來說，空載電壓就等于放屁!

 

通嘉做法也是一絕,但仍然有2.5W損耗,要知道這損耗不只影響效率, 還讓sensor電阻被迫選5W材料,非常大顆

 

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hechagcai
LV.4
19
2010-08-05 09:08
@林建良
[圖片] 通嘉做法也是一絕,但仍然有2.5W損耗,要知道這損耗不只影響效率,還讓sensor電阻被迫選5W材料,非常大顆 

頂！

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2010-08-05 09:41
@林建良
這提到的缺點,我個人覺得可以藉由阻值差異,將R12//R13值設計大於R15//R16數(shù)十倍,就可以解決,例如R15//R16為8ohm,則R12//R13必須大於800ohm,那麼8ohm影響800ohm就小很多但是另一方面:當參考電壓是2.5V而電流是1A情況,那R15//R16阻值2.5ohm,功耗高達2.5W可用簡單方式,采用CMOS的431其參考電壓為1.25V,但耐壓只有20V,反正都有ZD1,就用高一些的ZD1,如此功耗就由2.5W降至1.25W

是的，我上面說過的“上升幅度由電流取樣電路電阻與R12,R13的比值決定”，電流取樣電阻就是指R15//R16

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2010-08-05 09:42
@chunrol
其實還有一個很好的解決方法:就是將R14分成兩個電阻，中間用一個穩(wěn)壓管來把到REF的電壓穩(wěn)得，哪就在一定范圍內都不會有恒流不準的問題，但這樣做，新問題又出現(xiàn)了，就是空載電壓不準!!不過對LED驅動來說，空載電壓就等于放屁!

兄弟的思路不錯，請看我后面的電路

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2010-08-05 09:43
@林建良
[圖片] 通嘉做法也是一絕,但仍然有2.5W損耗,要知道這損耗不只影響效率,還讓sensor電阻被迫選5W材料,非常大顆 
此電路仍然有較大的缺點，就是那個穩(wěn)壓管的溫飄問題，會導致恒流點漂移。
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2010-08-05 09:46

3、兩個TL431恒流電路

 

大家可以仔細的領會下這個電路的精髓。

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qinzutaim
LV.11
24
2010-08-05 11:04
@心中有冰
3、兩個TL431恒流電路[圖片] 大家可以仔細的領會下這個電路的精髓。
我一般要求U4提供5V以上基準，要不然R18過小不要調試。
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chunrol
LV.6
25
2010-08-05 13:25
@心中有冰
3、兩個TL431恒流電路[圖片] 大家可以仔細的領會下這個電路的精髓。
其實如果我用這個電路的話，我不如用了358來做好過，電路元件還沒有這么多
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chunrol
LV.6
26
2010-08-05 13:57
@林建良
[圖片] 通嘉做法也是一絕,但仍然有2.5W損耗,要知道這損耗不只影響效率,還讓sensor電阻被迫選5W材料,非常大顆 

我不是說這個電路

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2010-08-05 14:30
@chunrol
其實如果我用這個電路的話，我不如用了358來做好過，電路元件還沒有這么多

358之類的IC恒流我們在后面會討論，再說這個電路跟LM358的電路相比，還有有他的優(yōu)勢的。

既然是總結，希望盡量能夠全面一點

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sz136138
LV.1
28
2010-08-05 16:47
@心中有冰
3、兩個TL431恒流電路[圖片] 大家可以仔細的領會下這個電路的精髓。

這個LED電源總結還是不錯的。

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林建良
LV.7
29
2010-08-05 19:49
@心中有冰
此電路仍然有較大的缺點，就是那個穩(wěn)壓管的溫飄問題，會導致恒流點漂移。
穩(wěn)壓管做恒壓用,平時不動作。
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林建良
LV.7
30
2010-08-05 19:53
@chunrol
其實如果我用這個電路的話，我不如用了358來做好過，電路元件還沒有這么多

358沒參考源,而且沒有TL431的溫度補償功能

用ST103有很多家有類似品,

但這屬於集成精簡範圍,技術基礎還是要討論仔細些再決定如何集成

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林建良
LV.7
31
2010-08-05 20:08
@心中有冰
3、兩個TL431恒流電路[圖片] 大家可以仔細的領會下這個電路的精髓。

U4與U3的參考位準一致,當LED正常工作時,U3 PIN1 & U4 Pin1 & U4 Pin2都是2.5V,但由於ZD2設計在OVP點,所以不導通,有電壓沒電流

當LED開路成為空載,因U3 PIN1低於2.5V,所以U3 PIN2 OPEN, 初級IC將馬力全開,呈OVP方式開高壓輸出,但因為此時U4 PIN1 & PIN 2電壓也低於2.5V,導致ZD2導通,可拉住OVP現(xiàn)像

但是全部電流與功率將往ZD2-R17-U4,再則U4也Open,所以往R18下來,頂上了U3 PIN1,又形成了恆壓模式,真的妙

心中有冰這招妙唷! 沒申請專利可惜,感謝您的分享,讓我們?yōu)槟愎恼?Pa pa pa pa pa pa

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