用石英燈電子變壓器做LED驅(qū)動(dòng)器

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1、 用石英燈電子變壓器做LED驅(qū)動(dòng)器 某商場(chǎng)裝修改造，拆下許多MR16石英燈電子變壓器，棄之可惜，但放之未必?zé)o用。通過(guò)改造，添加數(shù)個(gè)元件，可以做成大功率的LED驅(qū)動(dòng)器。這樣的改造利用，也符合國(guó)家對(duì)廢棄電子產(chǎn)品處理的方針，是保護(hù)環(huán)境的“綠色”行動(dòng)。 MR16石英燈幾年前曾在商品展示、陳列等局部照明中大量使用。由于它屬于白熾燈一類(lèi)，耗電較大，近年來(lái)已逐步趨于淘汰，被LED射燈所替代。 圖一是一款常見(jiàn)的20W石英燈電子變壓器原理圖。 各個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)的產(chǎn)品大同小異，其工作原理在本質(zhì)上就是一個(gè)工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)、工作頻率20KHz～30 KHz的降壓電子變壓器，以前的電子報(bào)上有闡

2、述，這里不再重復(fù)。石英燈的功率一般在20W～50W之間，以20W電子變壓器為例，可輸出12V高頻交流電壓，可供最大的工作電流：20W/12V=1.67A(高頻交流)。 改造方法：原理圖見(jiàn)圖二。 發(fā)光二極管工作在直流狀態(tài)，因此必須將電子變壓器輸出的高頻交流電壓整流，N2后是新增的橋式整流濾波電路。 由于工作頻率較高，D6～D9要用快恢復(fù)二極管或肖特基二極管，工作電流視所接負(fù)載而定，比如FR102、FR152、FR202、1N5819、1N5822等。C4的主要作用是抑制通電瞬間引起的電壓突變，從而降低啟動(dòng)電壓沖擊對(duì)LED壽命的影響。R5是

3、C4的泄流電阻，其作用是斷電后盡快釋放C4上的電壓，為可能的馬上再次通電作準(zhǔn)備。 R是每組LED的限流電阻，其阻值和額定功率應(yīng)視所接LED的不同而調(diào)整。FU是防短路保險(xiǎn)絲。 負(fù)載情況：如所接的是普通的超高亮LED，工作電流If=20mA，正向壓降Vf=3.5V左右，可三只LED為一組串聯(lián)，多組并聯(lián)，具體總組數(shù)視燈具的需要和電子變壓器本身的輸出功率而定。 理論上估算，一只20W 12V的電子變壓器可驅(qū)動(dòng)的LED的組數(shù)為：（20W /12V）/0.02A=83組。共可驅(qū)動(dòng)LED總數(shù)為：833=249只。 如所接的是大功率LED（1W～3W），工作電流IF350mA～700 mA ，正向壓降

4、Vf=3.3V～3.9V，也可用上述方法估算出可驅(qū)動(dòng)的LED總數(shù)量。 電路調(diào)整須知：石英燈電子變壓器電路屬串聯(lián)型電流反饋形式，如負(fù)載工作電流很小，反饋不足，會(huì)造成電路不工作或Q1、Q2開(kāi)關(guān)狀態(tài)不好。 如接上LED負(fù)載后電路不工作，可適當(dāng)增加L3繞組的匝數(shù)（2匝～4匝，注意繞組的頭、尾必須和原來(lái)的相同），以提高電路的反饋量，直至電路能正常工作。同時(shí)也應(yīng)避免反饋太強(qiáng)烈。 可通電工作一分鐘左右后斷電檢查，用手觸摸Q1、Q2不燙手為正常。 串聯(lián)型電流反饋電路對(duì)應(yīng)不同的負(fù)載電流其輸出電壓會(huì)有一些變化，應(yīng)仔細(xì)調(diào)整R的阻值，使電路穩(wěn)定時(shí)每組LED的工作電流在20mA范圍內(nèi)。 R也可用正溫度

5、系數(shù)的熱敏電阻（PTC），這樣對(duì)LED限流和恒流的效果會(huì)更好。 具體應(yīng)用方法和原理可參閱而00九年十四期～十六期電子報(bào)上的相關(guān)文章。 橋式整流濾波電路部分可做成獨(dú)立的PCB，安裝在燈具內(nèi)部。燈具的外形和結(jié)構(gòu)可根據(jù)不同的需要來(lái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。 用熱敏電阻打造廉價(jià)LED恒流源解決方案 1、WMZD系列LED溫度補(bǔ)償過(guò)流保護(hù)熱敏電阻 WMZD系列專(zhuān)門(mén)為L(zhǎng)ED照明做溫度補(bǔ)償?shù)碾娮?，是?zhuān)門(mén)針對(duì)LED照明出現(xiàn)的由于溫度引起的LED PN結(jié)電壓VF下降，即-2mV/℃,稱(chēng)為PN結(jié)的負(fù)溫效應(yīng)。該特性在發(fā)光應(yīng)用上是個(gè)致命的缺陷，直接影響到LED器件的發(fā)光效率、發(fā)光亮度、發(fā)光色度。比如，常溫25℃時(shí)LED

6、最佳工作電流20mA，當(dāng)環(huán)境溫度升高到85℃時(shí)，PN結(jié)電壓VF下降,工作電流急劇增加到35mA～37mA,此時(shí)電流的增加并不會(huì)產(chǎn)生亮度的增加，稱(chēng)為亮度飽和。更為嚴(yán)重的是，溫度的上升，引起光譜波長(zhǎng)的偏移，造成色差。如長(zhǎng)時(shí)工作在此高溫區(qū)還將引起器件老化，發(fā)光亮度逐步衰減。 同樣，當(dāng)環(huán)境溫度下降至-40℃時(shí)，結(jié)電壓VF上升，最佳工作電流將從20mA減小到8mA~10mA，發(fā)光亮度也隨電流的減少而降低，達(dá)不到應(yīng)用場(chǎng)所所需的照度。 為了避免上述特性帶來(lái)的不足，一般在LED燈的相關(guān)產(chǎn)品上，通常采用如下措施： 1.將LED裝在散熱板上，或風(fēng)機(jī)風(fēng)冷降溫。 2.LED采用恒流源的供電方式，不因LED隨溫

7、度上升引起使回生電流增加，防止PN結(jié)惡性升溫?；蜻@兩種方法并用。實(shí)踐證明，這兩種方法用于大功率LED燈（如廣告背景燈、街燈）。確實(shí)是行之有效的措施。 但當(dāng)LED燈進(jìn)入尋常百姓家就碰到如下問(wèn)題了：散熱板和風(fēng)冷能否集成在一個(gè)普通燈頭的空間內(nèi)；采用集成電路或諸多元器件組成的恒流源電路，它的壽命不取于LED，而取決整個(gè)系統(tǒng)的某塊“短板”；有沒(méi)有吸引眼球的價(jià)格。用熱敏電阻補(bǔ)償法來(lái)解決LED恒流源問(wèn)題，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。 我公司生產(chǎn)了一種具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻與負(fù)溫度特性的LED串聯(lián)，組成一個(gè)溫度系數(shù)極小的電阻型負(fù)載。一旦工作電壓確定后，串聯(lián)回路中的電流，將不會(huì)隨溫度變化而變化。 通俗地說(shuō)，當(dāng)LED隨

8、溫度升高電流增加時(shí)，熱敏電阻也隨溫度下降電阻變小，阻止了回路電流的減少。如果匹配得當(dāng)，當(dāng)環(huán)境溫度在-40℃~85℃范圍內(nèi)變化，見(jiàn)圖1。 2:應(yīng)用: 從圖1可見(jiàn)，采用熱敏電阻溫度補(bǔ)償方法與采用集成電路等元件組成的恒源相比，熱敏電阻溫度補(bǔ)償法只用1個(gè)熱敏電阻元件就可解決LED恒流源問(wèn)題，其價(jià)格、體積、壽命等優(yōu)勢(shì)不言而喻。我們采用的這種正溫度熱敏電阻WMZD，專(zhuān)為L(zhǎng)ED應(yīng)用而研制的，其常用規(guī)格見(jiàn)表1，下面介紹一下該熱敏電阻的應(yīng)用特性。 20mA LED恒流源WMZD5A20的應(yīng)用 我們可以用1只WMZD5A20與5只LED（20mA）串聯(lián)組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元，它的LED恒流源電流20mA，工作電

9、壓U=3V+53.4V=20.0V。3V是WMZD5A20電阻壓降，3.4V是LED的正向?qū)妷?或2.8V~4.2V),它的恒流特性見(jiàn)圖1中的電流曲線(xiàn)II。 應(yīng)用電路與制作 與一般LED恒流源相比，該標(biāo)準(zhǔn)單元有不怕負(fù)載開(kāi)路的優(yōu)點(diǎn)，也不怕負(fù)載短路，當(dāng)短接5個(gè)LED后，回路電流急劇上升，引起WMZD溫升，WMZD阻值迅速增大，可有效阻止電流繼續(xù)上升。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，負(fù)載短路后，短路電流可由130 mA迅速下降到60 mA的穩(wěn)定值，如在電源的允許范圍內(nèi)，不會(huì)損壞電源。 由多個(gè)5A20標(biāo)準(zhǔn)單元的串聯(lián)組合，即可支持一定數(shù)量的LED，并獲得相應(yīng)的工作電壓，比如用10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元相串聯(lián)的電路，可

10、支持50個(gè)LED，燈，工作電壓可接近200V。 Model 型號(hào) 恒流電流 工作電壓 單元電路 WMZD5A20 20mA 3V+VFX5 WMZD5A30 30mA 3V+VFX5 WMZD5B100 100mA 0.65V+VF WMZD5C300 300mA 0.5V+VF 也可以直接驅(qū)動(dòng)一顆1W的大功率LED燈 WMZD5D350 350 0.5V+VF 兩個(gè)WMZ5-5D350并聯(lián)可以直接驅(qū)動(dòng)一顆3W的大功率LED燈 VF為L(zhǎng)ED20mA時(shí)的導(dǎo)通電壓 100mA LED恒流源WMZD-5B100的應(yīng)用 1只WMZD

11、-5B100與5只并聯(lián)的LED（20mA）串聯(lián)可以組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元，它的LED恒流電流為100 mA，工作電壓U=0.65V+3.4V=4.05V,0.65V是WMZD-5B100的電阻壓降,3.4V是LED后,短路電流可由600 mA迅速下降280 mA穩(wěn)定值。 如果要增添LED的數(shù)量，可用多個(gè)5B100標(biāo)準(zhǔn)單元并聯(lián)組合，如果要提高工作電壓，可用多個(gè)5B100標(biāo)準(zhǔn)單元的串聯(lián)組合。 WMZD-5B100的擴(kuò)展應(yīng)用 典型的電路連接方法見(jiàn)圖2，用2只5B100電阻并聯(lián)擴(kuò)展成200mALED恒流源，用于200mA的大功率LED，工作電壓U=0.65V+VF。3只5B100并聯(lián)可擴(kuò)展成300mA

12、恒流源，用于300mA的大功率LED，工作電壓U=0.65V+VF，以此類(lèi)推。 WMZD的電流過(guò)補(bǔ)償保護(hù)特性 熱敏電阻WMZD還具有電流過(guò)補(bǔ)償特性，即熱敏電阻的正溫變化率大于發(fā)光管的負(fù)溫效應(yīng)成為過(guò)補(bǔ)償，圖3所示是一條隨溫度上升而減少的下陡曲線(xiàn)。這一點(diǎn)與LED的另一典型特性是一致的，即允許電流在40℃后隨溫度上升相應(yīng)減少，使LED的功耗控制在額定范圍內(nèi)，確保LED的最長(zhǎng)壽命。WMZD電流過(guò)補(bǔ)償保護(hù)特性，正好可以滿(mǎn)足LED對(duì)電流的要求，這也是一般的LED恒流源不具備的。 過(guò)補(bǔ)償保護(hù)應(yīng)用在以下幾處更顯優(yōu)勢(shì)：1.全年或每天環(huán)境溫差大，如室外照明的街燈、廣告燈、車(chē)燈；2.低電壓大電流LED

13、燈（WMZD-5B100具有低內(nèi)阻、小壓降）；3.價(jià)高的大功率LED單個(gè)保護(hù)。 WMZD過(guò)補(bǔ)償保護(hù)特性的典型應(yīng)用電路接法見(jiàn)圖4，與標(biāo)準(zhǔn)單元串聯(lián)一個(gè)相同型號(hào)的WMZD熱敏電阻，即可發(fā)揮過(guò)補(bǔ)償作用，如果增加2個(gè)或3個(gè)WMZD熱敏電阻會(huì)加深補(bǔ)償作用，但如果實(shí)償太深，常溫下LED電流地低，會(huì)影響發(fā)光效率。我們可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)，選出保護(hù)功能與發(fā)光效率兼顧的最佳方案。下圖為，采用2R和3R的電流溫度對(duì)照?qǐng)D。 如何在市電220V中直接使用WMZD熱敏電阻對(duì)LED進(jìn)行恒流控制？ 答：如果電網(wǎng)電壓波動(dòng)不超過(guò)7%，即可不使用穩(wěn)壓電路，超過(guò)7%就要進(jìn)行穩(wěn)壓處理，成本將大大增加。 1.按照下圖接好電路，用萬(wàn)用表mA檔串入電流校測(cè)點(diǎn)中，接通220V市電，串聯(lián)回路電流應(yīng)在18-22MA時(shí)即合格,如偏差較大如15MA和25MA,是因所選用的LED電壓差異,可在最后一組單元里增、減LED數(shù)量,達(dá)到20MA左右的額定值。 2.用調(diào)壓器將220V升至235V(220VX1.07倍),串聯(lián)回路電流不應(yīng)大于25mA,如大于25mA,應(yīng)增加LED題數(shù),直至將電流降到25mA以下。 3.LED可以脈動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)發(fā)光,不會(huì)產(chǎn)生頻閃現(xiàn)象,不需用電容濾波,不用電容可防止因電容擊穿造成短路故障。 4.制成產(chǎn)品后,可用電熱吹風(fēng),溫度計(jì)升溫到80℃觀(guān)察電流變化,不大于25MA即合格.