5W的LED灯驱动电路设计

第 32 卷 第 3 期2019 年 3 月江西电力职业技术学院学报Journal of Jiangxi Vocational and Technical College of ElectricityVol.32 No.3Mar.20195W的LED灯驱动电路设计郑德山，蔡明雄，郑 雳（湄洲湾职业技术学院，福建 莆田 351254）摘 要：概述了国内外LED驱动器的研究现状和发展趋势,分析了LED的基本特性，设计了一款具有成本优势结构简单的小功率LED灯驱动电路设计。关键词：LED；驱动；电路设计中图分类号：TM923 文献标识码：A 文章编号：1673-0097(2019)03-0005-03Design of 5W LED Lamp Driving CircuitZHENG De-shan, CAI Ming-xiong, ZHENG Li(Putian Meizhou Bay Vocational and Technical College, Putian 351254, China)Absrtact: The research status and development trend of LED driver at home and abroad are summarized, the basic characteristics of LED

are analyzed, and a low power LED driver circuit with simple cost advantage structure is words: LED; Driver; Circuit Design0 引言随着全球各国日益注重节能减排的要求，LED作为一种新光源以其高效节能的特性得到越来越广泛的应用。LED球泡替换灯已经成为照明市场最主要的增长领域之一。驱动电源部分在LED照明中具有重要作用，如果在应用中电源部分无法对LED驱动起到支撑作用，就算是再高的LED光效，也会被白白浪费，想要提升照明系统效率，就必须具备高效驱动的电源。另外在LED系统中热管管理也具有重要作用，在应用中一部分电能在运行中会转为热能。想要对LED散热问题进行有效处理，也就需要显著提升驱动电源转换能效，并提高LED的光效。通常情况下，采用的是强固热故障保护性能LED驱动芯片，并采用散热性能良好驱动芯片封装以及LED基板等。另外，还可以采用其他技术以显著提升系统可靠性，采用环境光传感器以对电能消耗以及发热量起到降低作用，采用额定工作温度更高的外部元器件等［1］等。1 LED的工作特性单颗LED的功率有1瓦到几百瓦的不同功率型号，不管多大的LED灯都是以1W的LED管芯为基础封装而成，工作特性也都基本与1W的LED灯工作特性相似，本系统采用5个1W的LED灯串联而成，在此主要介绍［2］1W的LED灯的工作特性。1.1 LED灯正向I-V工作特性1W高亮度LED正向压降（VF）和正向电流（IF）两者关系见图1。从图1能够看出，如果是在LED工作电流偏小情况下，和正向电压之间存在显著非线性关系；一旦正向电流超过限定值，正向电流和正向电压之间关系趋近于正相关（见图1中的直线位置）；同时，从图1的I-V曲线能够看出，和VF相比，IF的变化速度明显较快。图1 1W的LED灯正向I-V工作特性曲线1.2 LED灯温度工作特性LED灯伏安特性具有负温度特性，当LED的工作温度升高，其正向导通电压将下降（如图2所示）。同时，当LED灯工作温度越高，其正向导通电压越小而导致其工作电流越大，倘若LED的散热面积不够大会导致工作温度迅速升高，LED就会因过热而加速老化甚至损坏。LED寿命与工作结温的关系曲线（如图3所示）。就是基于这个原因，LED驱动一般采用恒流源驱动而不采用恒压源驱动，而且LED灯温度升高也会影响LED灯的发光效率及寿命。LED发光强度和温度相关性（如图4所示）。收稿日期：2019-01-15作者简介：郑德山（1970-），男，福建仙游人，副教授，研究方向：通信与信息系统.

6江西电力职业技术学院学报第 32 卷图2 LED伏安特性随温度变化曲线图图3 LED寿命与结温关系曲线图图4 LED发光强度随温度变化曲线图2 LED驱动电路结构与工作原理2.1 LED驱动电路根据实际需求，要设计的LED驱动电路的参数为：输入电压85~264V，输出电压16.4V，输出电流330mA，驱动5个1W的大功率LED灯。基于这些参数，设计采用晶丰明源半导体有限公司生产的LED照明专用的BP3105驱动芯片，该芯片具有开路、短路、过温、过压等各种保护功能，软启动，上电无过冲，能够有效提高LED灯照明的可靠性和寿命。经过多次的实验尝试及验证，设计出5W的LED灯具体驱动电路（如图5所示）［3］。该电路采用SMART开关驱动技术、线电路补偿技术、PSR技术和Chopped技术，优化的EMI设计，不需要太多的额外元件，不需要光电耦合以及次级电流采样，输入电压范围宽，线性调整率小于1%，恒流精度高。图5 基于BP3105的LED灯驱动电路2.2 BP3105芯片的工作原理BP3105芯片是一种专用于LED照明的恒流驱动芯片，共有5支管脚，其芯片内部电路如图6所示，以及各管脚功能如表1所示。VCCFBFB短路保护6.5V14V过压保护FB采样欠压保护过温保护GATE上电重置恒流控制&逻辑控制栅驱动前沿消隐基准源及RefCS芯片内部电源电流检测Vcc500mVGND图6 BP3105芯片内部框图表1 BP3105芯片管脚及功能管脚号管脚名称描述1Vcc电源端2Gnd信号和功率地3Gate外部MOS管驱动4Cs电流采样端，采样电阻接在Cs和Gnd端之间5Fb辅助绕组的反馈端BP3105芯片在工作过程中，需具备启动电流，在系统通电之后，这一电流通过启动电阻R1和R2对Vcc端电容实现充电，在充电过程中一旦Vcc电压达到芯片开启阈值，就会直接开启芯片内部控制电路，进入到工作状态。Cs电流采样端和芯片中峰值电流比较器输入端相连接，并和内部500mV阈值电压进行对比分析，如果外

第 3 期5W的LED灯驱动电路设计7部电压大于阈值电压时，功率管Q1关断，驱动电路主级侧峰值电流IP＝500mV/R5（mA），而驱动电路的输出电流IOUT＝（IP/4）*（NP/NS），因此倘若NP/NS比值固定了，只要调整R5就可以调节输出电流的大小了。Fb端是用来反馈输出电流的状态，为了提高系统的效率，反馈电阻R8一般取300KΩ~750KΩ之间。栅极驱动电流过大，会对系统中的EMI特性起到影响作用；驱动电流过小，会导致开关损耗比较大，所以芯片对栅极驱动电路进行了优化，将Gate端的驱动电流设置成最佳大小。2.3 保护电路工作原理2.3.1 过压保护当BP3105芯片的Vcc端电压是在16V（典型值）情况下，芯片会将外部功率管Q1关闭，同时将芯片自动启动，持续到外部过压状态消除后。同时在芯片内部有一个19V的过压嵌位保护电路，用来防止芯片因异常情况造成的损坏。2.3.2 过热保护芯片内部有个过温保护电路，阈值在设置中一般情况下为160℃，迟滞为30℃，实现对芯片结温的检测分析，一旦检测发现是在保护阈值160℃以上，即会立即将MOS功率管关断，只有在结温下降幅度达到30℃后，才会再次启动MOS功率管进行工作。术后及时抗凝是安全2.3.3 短路和开路保护的咱4暂遥本组18例患者中有9例患者行肠切除肠吻合在系统运行中，一旦输出端负载LED灯发生短路或术袁术后均未发生吻合口瘘遥者开路时，芯片会立即转入到低功耗模式，无法检测负同时袁我们也发现袁部分患者肠管水肿明显或肠载状态，只有解除负载故障后，芯片才可以恢复正常并管缺血尧坏死范围过大界限一时无法确定袁一期吻合再次进行工作。风险较大袁遂采取了两种主要手术方式院一种肠切3 驱动电路的实验参数测试除袁近端造瘘EMI远端或关闭袁或造瘘并留置肠内营养驱动电路的袁测试数据如图7所示：管渊根据远端小肠残余长度而定袁过短即予以关闭冤袁对BP3105驱动电路的基本电气参数、线性调整率共3例曰另一种为肠切除型吻合+远+空-回肠端侧T所示。和负载调整率进行测试，具体参数如表2、3、4不良曰在行造瘘还纳术时腹腔分离范围广袁易造成副损伤袁且需重新切除的肠管相对较长遥行第二种手术图驱动电路的EMI参数测试方式的患者可于首次手术中放置经鼻肠内营养管过袁7 线性调整率吻合口至远端肠表3 腔袁术后便于护理袁且可加强肠内营输入电压（V）术时85袁只需分110220264养还纳离造瘘口腹壁部曰行造瘘袁直接输出电流（mA）口即328329331闭合切除造瘘可袁手术328损伤小袁重新切除肠管相线性调整率%）二种手术方式优于<1%对较短遥（故第第一种遥此外袁对于造瘘患者袁我们将近端造瘘口排出肠表4 负载调整率液经过滤后自营养管内回输入远端肠腔袁对于促进输出电压（V）16.713.410.1营养物质吸收尧维持水电解质平衡尧保护肠粘膜屏输出电流（mA）327326325障尧减轻经济负担也起到了积极作用遥负载调整率（%）<1%由于肠系膜静脉血栓临床少见且症状隐匿袁易4 结束语延误诊断曰发展至肠坏死时有着较高的死亡率和致本文主要介绍基于上海晶丰半导体公司生产的残率遥认真询问有无血栓形成的高危因素袁结合影像BP3105芯片设计的5瓦LED照明驱动电路。BP3105是一学检查特别是血管超声袁CTA或MRA检查有助于早种高精度采用原边反馈的LED专用的恒流驱动芯片，不期诊断遥对于有肠坏死的患者袁应早期手术切除坏死需要次级反馈电路和补偿电路，就可以实现恒流，对系肠管袁剩余肠管如水肿轻微袁颜正常可一期吻合曰统体积有显著缩小作用，同时也能够节约设计成本。而如水肿明显缺血坏死界限不确切可行肠切除袁袁灯的寿命以及+空-且芯片具有多种保护功能，能够延长LED回肠端侧T型吻合+远端回肠残端造瘘术袁术后早期LED灯照明的稳定性，对低成本小功率LED驱动电源的予以积极抗凝遥设计具有一定的参考价值。参考文献院参考文献：智豪.具有温度补偿功能的LED驱动器的设计和研究咱

1叶暂ShajiK,MichaelGS,ericvenousthrombosis咱J暂.NEng端回肠残端造瘘术渊如图示冤袁共5例遥采取第二种手［1］［D.杭州:浙江大学,2011.表2 基本电气参数轧1688.J］Med,2001,345(23):1683术方式有三点考虑院渊1冤将远端肠管拖出造瘘后便于［2］云峰,尹杰,刘桥,等.大功率LED高频驱动电路设计［J］咱

2邱暂BoleySJ,KaleyaRN,ericvenousthrombosis咱.J暂.输入电压（V）85110220264观察远端肠管缺血情况曰渊2冤造瘘口距吻合口较近袁灯与照明SurgClin,2010,34(3):24~m,1992,72(1):183轧201.输入功率（W）6.626.526.526.74起到近端肠腔减压袁减轻吻合口张力促进愈合作用曰［3］戎伟,袁罗中良,等等..急性基于NCP1014的4W LED驱动沈志勇,袁陈治明曹晖袁原发性肠系膜上静脉血栓形成咱

3王暂卞育海输出电压（V）16.416.416.416.4电源设计［J］.现代计算机:上下旬,2013(6):58~61.渊3冤有些近端切缘距屈氏韧带较近无法提出造瘘袁只理论与实践17例临床诊治分析咱J暂.外科,.2007,12(5):481轧484.输出电流（mA）328328329331咱4暂DivinoCM,ParkIS,AngelLP,spectivestudyofdiag鄄能采取吻合的方式遥术后6~9月有6例患者行造瘘输出功率（W）5.385.395.395.40nosisandmanagementofmesentericveinthrombosis咱J暂.AmJ［责任编辑 韩翠丽］还纳术遥临床实践发现袁行第一种手术方式的患者袁效率（%）81.282.682.780.1Surg,2001,181(1):20轧23.造瘘还纳前存在护理难度大袁且均存在不同程度营养收稿日期院2017轧11轧10欢迎订阅欢迎投稿