照明用恒流与恒压直流驱动电源的探讨
距离保护分享人：黄可可
摘要：
理疗环随着近年来LED照明产业的不断发展和被大众一致看好的情势下，各类LED 周边业务产品也得到了很大发展，比如户外LED点阵屏，电脑背光源，商业大楼装饰照明系统，无一例外都用到LED照明。所以作为LED照明质量的核心之一驱动电源也是近年来各个企业以及后起只秀争相涉及的领域。LED整个产业链包括芯片、外延、封装和应用等几个领域，其中市场上形形的各类电源IC 和驱动IC也间接反映出这个行业的朝气蓬勃。本课题主要针对LED驱动电源—恒流源与恒压源进行探讨。对两者的应用、技术特点、优缺点进行初步介绍。
技术领域：
LED电源按驱动方式可以分为两大类：恒流式和稳压式驱动。目前这两种方式的电源大多采用PWM控制方式设计的。
1）所谓恒压式电源的在允许的负载情况下，输出的电压是恒定的，不随负载的变化而变化，通常应用在小功率的LED模组，小功率LED护栏灯、洗墙灯等方面比较多。 2）恒流式电源在允许的负载情况下，输出的电流是恒定的，电流不会随负载的变化而变化，通常应用在大功率的LED产品比如LED日光灯照明，替换卤钨灯的LED射灯等领域。 在大功率Led照明中采用恒流源主要是由LED的元件特性决定的。因为LED 在发热的时候结电压会下降，也就是说LED是负温度系数的元件，如果是恒流那就能保证LED的亮度在温度不一样的情况下差不多一致。如果用恒压源驱动的话一旦温度增高(必然会发生)后，电流也会加大，电流加大又会导致温升增大，这就形成一个恶性循环。长久下去不仅LED光衰严重，寿命将会大大地降低。
课题内容：
错位匹配
一、 恒压源驱动简介：
1、当稳压电路中的各项参数确定以后，输出的电压是固定的，而输出的电流却随着负载的增减而变化； 尾气吸收塔2、稳压电路不怕负载开路，但严禁负载完全短路；
3、以稳压驱动电路驱动LED，每串需要加上合适的电阻方可使每串LED显示亮度平均；
4、 LED亮度会受整流而来的电压变化影响。
日常生活中恒压源是多见的，计算机电源、蓄电池、干电池是直流恒压电源，而 220V 交流电，则可认为是一种恒压电源，不过是交流的。因为它们的输出电压是基本不变的，不随输出电流的大小而大幅变化的。
理想的电压源内阻趋于无穷小，电压为恒定值，与外电路和流过的电流无关，而电流会随外电路变化。可以这么认为：当电源内阻无穷大时并上阻值有限的负载后其等效电阻值主要由内阻决定，所以电压基本保持恒定。根据基尔霍夫电压定律可以得到当两个恒压源串联时等效电压等于串联电源之和。
图(1)
扁头螺丝
图(2)
图(3)为基于单端反激变压器设计的一款隔离式电压源，恒定电压输出，但是由于采用Viper12芯片，输出功率一般很小，最大一般在5-8W，图中是输出9V5W 的恒压源。在调试电路中发现Viper12发热较大，主要是导通电阻较大（27-54Ω），所以功耗也较大。所以小功率输出时效率一般不会太高，如下电路在90V AC-264V AC之间调试中效率为65%-70%之间。此电路220市电通过整流桥和滤波电容后得到310V的直流电，通过变压器辅助绕组给IC正常工作供电(8V —14.5V)，当开关关闭时二极管D7导通，能量由初级传递到次级，稳压管提供过压检测。
图（3）
图(4)是我们公司开发的一款床头LED灯的恒压源，此电路原理同上面基于buck-boost拓扑电路的电源一致。只是这里的IC采用的是性能更好的TNY276，开关功耗小，可通过BP/M脚选择电流限流点来提高效率或者功率。在次级绕组电路中用了π型电路滤波，反馈电流输入通过接在三端稳压二极管TL431参考极上的电阻控制，此二极管代替稳压管甚至可以很好地通过调整R12来调整输出电压。
图(4)
玻璃干燥器图（5）采用恒压源的手机充电器
二、 恒流源驱动简介：
1、恒流驱动电路输出的电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化，负载阻值小，输出电压就低，负载阻值越大，输出电压也就越高；
2、恒流电路不怕负载短路，但严禁负载完全开路；
3、恒流驱动电路驱动LED是较为理想的，但相对而言价格较高；
4、应注意所使用最大承受电流及电压值，它限制了LED的使用数量。
理想的恒流源内阻趋向于无穷大，所以当负载串入电源时总电阻主要取决于内阻，电流基本不变，与外电路和端电压无关，而端电压会随负载而变化。日常生活中较常见的恒流源有手机充电器，目前广泛应用的热敏、力敏、光敏、磁敏、湿敏等传感器，也常常采用恒流源供电。不仅因为许多敏感器件是用半导体材料制成的，还因为这可避免连接器的导线电阻和接触电阻的影响，采用恒流源供电抗干扰性更好。
根据基尔霍夫电流定律同样可以得到两并联的电流源可以等效为一个电流值为两者之和的电流源。
图（6）图（7）
最常用的简易恒流源如 图(8) 所示，用两只同型三极管，利用三极管相对稳定的Be电压作为基准，电流为：I = Vbe/R1。这种恒流源优点是简单易行，而且电流的数值可以自由控制，也没有使用特殊的元件，有利于降低产品的成本。缺点是不同型号的管子，其be电压不是一个固定值，即使是相同型号，也有一定的个体差异。同时不同的工作电流下，这个电压也会有一定的波动。因此不适合精密的恒流需求。
图（8） 图 （9）
为了能够精确输出电流，通常使用一个运放作为反馈，同时使用场效应管避免三极管的be电流导致的误差。典型的运放恒流源如图(9)所示，如果电流不需要特别精确，其中的场效应管也可以用三极管代替。电流计算公式为：I = Vin/R1
从如上两种恒流源产生电路可以看到恒流源有个“规则”，就是利用一个电压基准，在电阻上形成固定电流。有了这个规律，恒流源的搭建就可以扩展到所有可以提供这个“电压基准”的器件上，例如刚刚前面提到过的LT431器件。 图(10)是一款24V750mA输出的日光灯恒流驱动电路。
图（10）
由于日光灯对功率因数和谐波的要求要高很多，所以前面采用了集成芯片SA7527进行功率因数校正并控制开关通断，功能类似L6562。恒流控制主要由次级的TL431控制，最后一个431稳出约2.5V的基准电压，分压后和电流取样的信号叠加给中间的一个431，中间的431完成误差放大，实现恒流控制，第一个431将输出电压钳位到大约23.6V。利用电阻分给TL431一个电压，再加上电阻(接上负载时)的电压使它能触发TL431的导通，达到恒流的目的。好处是使取样电阻的功耗减小，恒流精度提高。电阻上并二极管的作用是防止电流过大烧坏电阻。
图(11)是公司应用于led射灯的一款直流输出380mA的恒流源，它是先由稳压源提供供电，再由恒流IC控制输出电流，MBI6651是一款可调光，输入电压范围9-36V，最大稳定输出电流1.2A的直流转换芯片，转换效率可达到90%以上。可以通过调整输出电压检测引脚SEN上的电阻R得到想要的输出电流。经过测试此电源工作直流电压范围9-32V，最大功率12W，78%的效率。
图（11）
技术关键点
恒压电源技术要点：
1、变压器设计，变压器的好坏直接影响输出功率和恶劣环境（高低温、低压高压）下的工作性能；变压器也决定开关占空比和电流工作模式，所以变压器可以说是核心；
2、开关电源驱动的设计，目前绝大部分开关电源都是采用Ic来设计，Ic决定开关的耐压和电源效率，不同的Ic其承受的耐压和功率驱动能力不同。
恒流源的设计要点：
1、变压器设计和电源驱动电路，同恒压源；
2、开路短路保护电路，当恒流源空载时两端会有比较大的电压，所以必要时要加恒压控制开路电压。
应用前景
目前在小功率LED辅助照明应用中大多还是采用恒压源驱动的，恒压电源可以用在多组串联LED并联的电路上，然后用电阻来控制电流的大小，适合小功率的发光二极管，对产品的性能要求并不高，可以直接取代即将淘汰的阻容降压式驱动电路。
在大功率LED照明领域则从性能、寿命和维护成本上考虑都优先考虑恒流源驱动电路，这主要是由LED的负温度系数特性决定的。但是在各种各样的Ic 芯片和集成封装的环境下，由于我国大功率Led照明还远远未能达到荧光灯的普及，目前还没有一致的行业标准。相信在不久的将来LED照明用灯将会越来越深入我们的生活，开关稳压电源将不断进步。在充电电池等方面，通常的充电器充电时，当放完电的电池再充电时充电器输出电压与待充电池的压差较大（充电电流=压差/电池内阻﹞，如果电池内阻很小，将会产生电池发热严重，甚至可能发热彭胀而鼓包现象。随着蓄电池的电压逐渐升高，充电电流相应减小，有时可能会发生长时间充电还不满的现象，为保证正常充电，必须随时提高充电器的输出电压。采用恒流充电，可以不必调整，即使从充电器中加入或移去部分蓄电池也不影响正常充电。所以随着电子电器行业的发展，势必有更多的照明直流源走进我们的生活，我们必须时刻保持关注和积极学习的态度，迎接LED带给我们的新光源时代。
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