手把手教你分析一個LED驅動電源電路

　　大功率LED發展非常迅速，已經成為在各種照明場合成為主流照明光源，了解和熟悉LED驅動電源的朋友也越來越多。毫不誇張的說，LED驅動電源將直接決定LED燈的可靠性與壽命，今天給大家簡單分析一個LED驅動電路，供大家學習。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201710/366619.htm

　　一，先從一個完整的LED驅動電路原理圖講起。本文所用這張圖是從網上獲取，並不代表具體某個產品，主要是想從這個圖中，跟大家分享目前典型的恆流驅動電源原理，同時跟大家一起分享大牛對它的理解，希望可以幫到大家。那麼本文只做定性分析，只討論信號的過程，對具體電壓電流的參數量在這裡不作討論。如圖1某LED驅動電路原理圖，這是一款可AC/DC輸入方式的LED驅動電路，使用無電解電容。是比較典型的LED驅動電路。

　　

　　二，原理分析：為了方便分析，把圖1分成幾個部分來講

　　1：輸入過壓保護---主要是雷擊或者市衝擊帶來的浪湧）

　　輸入過壓保護電路如圖2：

　　

　　圖2 輸入過壓保護電路

　　如果是DC電壓從「+48V、GNG」兩端進來通過R1的電阻，此電阻的作用是限流，若後面的線路出現短路時，R1流過的電流就會增大，隨之兩端壓降跟著增大，當超過1W時就會自動斷開，阻值增加至無窮大，從而達到保護輸入電路+48V不受到負載的影響）限流後進入整流橋， R1與RV構成了一個簡單過壓保護電路，RV是一個壓敏元件，是利用具有非線性的半導體材料製作的而成，其伏安特性與穩壓二極體差不多，正常情況顯高阻抗狀態，流過的電流很少，當電壓高到一定的時候（主要是指尖峰浪湧，如打雷的時候高脈衝串通過市電串入進來），壓敏RV會顯現短路狀態，直接截取整個輸入總電流，使後面的電路停止工作，此時，由於所有電流將流過R1和RV，因R1隻有1W的功率，所以瞬間可以開路，從而保護了整個電路不被損壞。

　　2、整流濾波電路：當交流AC輸入時，則橋式整流器是利用二極體的單向導通性進行整流的最常用的電路，將交流電轉變為直流電。當直流DC（+48V）電壓直接進入整流橋BD時，輸出一個上正下負的直流電壓，如果+48V電源本身也是直流的，那整流橋的作用就是對輸入起到的是極性保護作用，無論輸入是上正下負還是上負下正都不會損壞驅動電源，通過C1\C2\L1進行濾波，圖3是一個LCΠ型濾波電路，目的是將整流後的電壓波形平滑的直流電。

　　

　　圖3 LCΠ型濾波電路

　　3、箝位吸收電路：圖4紅框內為箝位吸收電路。箝路電路存在的理由其實就是保護IC裡面的MOS管，其過程為 --整流濾波以後的電壓分成2路，一路通過變壓器繞組後進入U1的TK5401的第7、8腳，下文會介紹U1，先看箝位這一路，這路是通過R1、C3、 D2然後也連到7、8腳，這個R1、C3、D2就組成了一個簡單的箝位電路，主要功能就是用來吸收尖峰和浪湧的，和RV壓敏電阻作用不同的是，RV主要是防止打雷或者市電衝擊起到保護作用，箝位功能是吸收變壓器TRANS2-2繞組兩端的反向電動勢，消除自激振蕩，起到快速復位作用，為變壓器一個周期做準備，如果變壓器得不到復位就會飽和，會失去感抗， R1和C3組成了一個RC充放電迴路，用來反向積累的電動勢，D2主要是隔離作用，變壓器在正半周的時，感應電動勢為上正下負時，使整過環路處於斷開狀態，而變壓器進入負半周時，給箝位電路提供通路，快速將電動勢環路處於斷開狀態，而等變壓器進入負半周時，給箝位電路提供通路，快速將電動勢釋放，從而達到保護IC裡頭的MOS管不被尖峰擊穿而損壞。

　　

　　圖4 箝位吸收電路

　　4、 U1工作原理：這款LED驅動IC--TK5401驅動器，主要的特點是為無需在應用電路上使用電解電容器而設計的。該IC的主要特點是高低電壓過流保護補償，不需要電解電容的高PF值。內置高電壓功率MOS管650/1.9歐姆，支持通用交流輸入電壓 AC85V--265V，該IC的驅動電路通過脈衝檢測漏電流峰值，在D/ST（7腳，8腳）端電壓高於OCP電壓時關閉功率MOS管，漏電流保護連接在 s/ocp（1腳）和GND（3腳）間的電流採樣電阻。當採樣電阻的壓降達到OCP電壓閥值，就關閉功率MSG管。

　　通俗一點說，該電路的變壓器採用反激式工作方式，如圖5：即變壓器的初級和次級的相位是相反的，在同一時間，兩者相關180度。

　　

　　圖5：變壓器採用反激工作方式

　　整流濾波後通過變壓器繞組然後進到IC的7、8腳，這個7、8腳就是IC裡面MOS管的「D極」也叫漏極，接地的是「S極」也叫源極，整過電源電壓的變換都由D極」和S極兩個引腳的接通和斷開來實現，就是它們工作時會一直處在接通和不接通狀態，反覆的接通和斷開使變壓器實現在電--磁-電的變換，至於它是怎麼進行接通和不接通的？這個頻率又是多少？下面分析一下工作過程：

　　①第一次變換的建立：當U1上電，通過7、8腳連通的內部啟動電路給供電，使用U1開始工作，此時U1將輸出方波脈衝傳遞給U1內部MOS管的「G 極」也叫柵極，使D極和S極接通，這時D極和S級等電位，而S極又是接地的，等於把變壓器的一端瞬間接地，從而產生迴路，變壓器是感性元件，電流不能突變，所以它自身會產生感抗來阻止電流突變。按照線性的曲線進行變化，慢慢上升，為了能夠阻止它突然，它會產生一個與它相反的感應電壓勢來抑制它，這樣一來，下面的繞組和次組繞組就會跟著產生電動勢，從而產生電壓，電—磁—電轉換的機理也在於此，當然這是變壓器和磁性材料本身具有的特性。

　　②第二次變換的建立：當變壓器下面的繞組產生電動勢以後（我們通常把它叫著正反饋供電繞組），通過D3整流，R3限流，再經C4濾波後分成二路進行供電，一路給U1的第2腳供電，另一路給光電耦合器件PC817供電，當第2腳開始供電時，U1內部的整個PWM供電控制系統將自動轉到由正反饋繞組供電，使內部振蕩電路繼續工作，從而輸出第2個脈衝控制信息，使MOS管開次開通，如此周而復始的使用MOS不斷的處理開和關狀態進而讓變壓器工作在電-磁-電的轉換狀態。圖6是TK5401工作時序。圖7為TK5401內部框圖。

　　

　　圖6：TK5401工作時序

　　

　　圖7：TK5401內部框圖

　　5：輸出整流電路：如圖8為輸出整流電路。變壓器工作以後，次級就會輸出一個電壓通過D4整流，C8和L1進行濾波，然後給LED燈進行供電，這裡的L1除了能夠濾波，還有續流的作用，就是保持輸出電流的一致性，正是利用電感中的電流不能突然這一特性。

　　

　　圖8：輸出整流電路

　　6：恆流電路：恆流電路是整個電路原理圖的實質，如圖8，是恆流電路的幾個組成部分。

　　為了更清楚的說明恆流的工作，有必要重新認識這個U1。

　　

　　圖9：U1引腳說明

　　U1的每個引腳功能，8腳為MOS輸入端，6腳是空腳，5腳外接的電容是振蕩電容，直接決定了RC時間常數，就是充放電時間，一般充電MOS管是接通時間，放電是斷開時間，4腳是電壓檢測腳，通過對4腳的電壓值控制輸出脈衝的佔空比，3腳接地端，2腳是U1供電腳，第1腳外接的電阻和第5腳的電容組成了 RC電路，給U1內部提供振蕩源，脈衝的充放電時間常直接由這個電阻和電容決定。4腳外接的光耦PC817，另一端PC817和輸出電路R4兩端相併聯， R7在這裡是起到檢測電流的作用，根據電壓=電流*電阻的原理，電流越大，R4兩端的電壓就會越大，電壓越大，那麼並連到R4兩端的PC817也會有電壓並且開始導通，導通後副邊的RV也會跟著導通，就是它內阻下降，這樣一來第4腳的電壓就會上升，上升以後與U1裡面的基礎電壓相對比，然後會直接輸出一個信號使MOS管提成關斷，從而達到恆流目的。

　　

　　圖10：恆流電路

　　三，總結

　　LED驅動電源電路圖和其他用電器電源電路一樣，不同的是led驅動電源可能設計圖會不一樣，但它的輸出電流是恆定的，理想的電路是無論LED的特性曲線怎麼變化，驅動電源的電流保持不變。 這是LED的伏安特性決定。作為電源工程師，我們知道LED的特性需要恆流驅動，才能保證其亮度的均勻，長期可靠的發光。LED是節能產品，驅動電源也要符合節能的要求。今天給大家分析的這個僅僅是LED的一個典型可以AC/DC輸入，且可採用無電解電容驅動電路的一個案例原理，只是做了一些定性分析，有空再給大家分析LED驅動其他方面的內容。