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LED电源

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三种常用的LED驱动电源详解

LED电源有很多种类，各类电源的质量、价格差异非常大，这也是影响产品质量及价格的重要因素之一。

LED驱动电源通常可以分为三大类，一是开关恒流源，二是线性IC电源，三是阻容降压电源。

1、开关恒流源

采用变压器将高压变为低压，并进行整流滤波，以便输出稳定的低压直流电。

开关恒流源又分隔离式电源和非隔离式电源，隔离是指输出高低电压隔离，安全性非常高，所以对外壳绝缘性要求不高。

非隔离安全性稍差，但成本也相对低，传统节能灯就是采用非隔离电源，采用绝缘塑料外壳防护。

开关电源的安全性相对较高（一般是输出低压），性能稳定，缺点是电路复杂、价格较高。

开关电源技术成熟，性能稳定，是目前LED照明的主流电源。

图1：

开关恒流隔离式日光灯管电源

图2：

开关恒流隔离电源原理图

图3：

开关恒流源电源

图4：

开关恒流非隔离电源原理图。

2、线性IC电源

  采用一个IC或多个IC来分配电压，电子元器件种类少，功率因数、电源效率非常高，不需要电解电容，寿命长，成本低。

缺点是输出高压非隔离，有频闪，要求外壳做好防触电隔离保护。

市面上宣称无（去）电解电容，超长寿命的，均是采用线性IC电源。

IC驱电源具有高可靠性，高效率低成本优势，是未来理想的LED驱动电源。

图5：

线性IC电源

图6：

线性IC电源原理图

3、阻容降压电源

采用一个电容通过其充放电来提供驱动电流，电路简单，成本低，但性能差，稳定性差，在电网电压波动时及容易烧坏LED，同时输出高压非隔离，要求绝缘防护外壳。

功率因数低，寿命短，一般只适于经济型小功率产品（5W以内）。

功率高的产品，输出电流大，电容不能提供大电流，否则容易烧坏，另外国家对高功率灯具的功率因数有要求，即7W以上的功率因数要求大于0.7，但是阻容降压电源远远达不到（一般在0.2-0.3之间），所以高功率产品不宜采用阻容降压电源。

市场上，要求不高的低端型的产品，几乎全部是采用阻容降压电源，另外，一些高功率的便宜的低端产品，也是采用阻容降压电源。

图7：

阻容降压电源

图8：

阻容降压电源原理图

4、电源成本性能比较

以3W小球泡和16W日光灯管为例，各种电源成本比较：

电源

过认证的开关隔离电源

非隔离关开电源

线性IC电源

阻容降压电源

3W球泡

6元

3元

1元

0.35元

16W日光灯管

26元

8元

4元

2.5元

可见，不同类别的电源，其成本差异是非常大的，其中过认证的开关隔离源最贵，阻容降压电源最便宜。

各类电源性能之比较：

电源种类

优点

缺点

主要应用市场

开关恒流隔离电源

安全性高、性能稳定、效率高，可通过各种认证。

工艺复杂，成本较高。

出口或工程类高端市

开关恒流非隔电源

工艺技术成熟、性能稳定、效率中上。

成本高。

工程或通用类中高端市场

线性IC电源

性能稳定、效率高、寿命长，性价比高。

输出高压、有频闪。

通用市场

阻容降压电源

电路简单、成本低。

性能差、效率低、寿命短、安全性差。

民用低端市场

安全性

开关恒流隔离电源＞开关恒流非隔离电源＞线性IC电源＞阻容降压电源

性能参数

线性IC电源＞开关隔离恒流电源＞开关恒流非隔离电源＞阻容降压电源

成本

开关恒流隔离电源＞开关恒源非隔离电源＞线性IC电源＞阻容降压电源

在中高端市场，开关恒流非隔离电源仍是市场的主流电源，厂家一般会在结构设计上进行防高压隔离。

而在低端市场，大部份厂家是采用阻容降压电源，也有部分厂家采用线性IC电源（要求厂家有一定的设计能力）。

采用不同的电源，产品的性能及价格是不一样的，我们应该根据不同的市场选用不同的产品。

一个具体的案例

 二，原理分析：

为了方便分析，把图1分成几个部分来讲

1：

输入过压保护---主要是雷击或者市冲击带来的浪涌）

输入过压保护电路如图2：

图2输入过压保护电路

如果是DC电压从“+48V、GNG”两端进来通过R1的电阻，此电阻的作用是限流，若后面的线路出现短路时，R1流过的电流就会增大，随之两端压降跟着增大，当超过1W时就会自动断开，阻值增加至无穷大，从而达到保护输入电路+48V不受到负载的影响）限流后进入整流桥，R1与RV构成了一个简单过压保护电路，RV是一个压敏元件，是利用具有非线性的半导体材料制作的而成，其伏安特性与稳压二极管差不多，正常情况显高阻抗状态，流过的电流很少，当电压高到一定的时候（主要是指尖峰浪涌，如打雷的时候高脉冲串通过市电串入进来），压敏RV会显现短路状态，直接截取整个输入总电流，使后面的电路停止工作，此时，由于所有电流将流过R1和RV，因R1只有1W的功率，所以瞬间可以开路，从而保护了整个电路不被损坏。

2、整流滤波电路：

当交流AC输入时，则桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路，将交流电转变为直流电。

当直流DC（+48V）电压直接进入整流桥BD时，输出一个上正下负的直流电压，如果+48V电源本身也是直流的，那整流桥的作用就是对输入起到的是极性保护作用，无论输入是上正下负还是上负下正都不会损坏驱动电源，通过C1C2L1进行滤波，图3是一个LCΠ型滤波电路，目的是将整流后的电压波形平滑的直流电。

图3LCΠ型滤波电路

3、箝位吸收电路：

图4红框内为箝位吸收电路。

箝路电路存在的理由其实就是保护IC里面的MOS管，其过程为--整流滤波以后的电压分成2路，一路通过变压器绕组后进入U1的TK5401的第7、8脚，下文会介绍U1，先看箝位这一路，这路是通过R1、C3、D2然后也连到7、8脚，这个R1、C3、D2就组成了一个简单的箝位电路，主要功能就是用来吸收尖峰和浪涌的，和RV压敏电阻作用不同的是，RV主要是防止打雷或者市电冲击起到保护作用，箝位功能是吸收变压器TRANS2-2绕组两端的反向电动势，消除自激振荡，起到快速复位作用，为变压器一个周期做准备，如果变压器得不到复位就会饱和，会失去感抗，R1和C3组成了一个RC充放电回路，用来反向积累的电动势，D2主要是隔离作用，变压器在正半周的时，感应电动势为上正下负时，使整过环路处于断开状态，而变压器进入负半周时，给箝位电路提供通路，快速将电动势环路处于断开状态，而等变压器进入负半周时，给箝位电路提供通路，快速将电动势释放，从而达到保护IC里头的MOS管不被尖峰击穿而损坏。

图4箝位吸收电路

4、U1工作原理：

这款LED驱动IC--TK5401驱动器，主要的特点是为无需在应用电路上使用电解电容器而设计的。

该IC的主要特点是高低电压过流保护补偿，不需要电解电容的高PF值。

内置高电压功率MOS管650/1.9欧姆，支持通用交流输入电压AC85V--265V，该IC的驱动电路通过脉冲检测漏电流峰值，在D/ST（7脚，8脚）端电压高于OCP电压时关闭功率MOS管，漏电流保护连接在s/ocp（1脚）和GND（3脚）间的电流采样电阻。

当采样电阻的压降达到OCP电压阀值，就关闭功率MSG管。

通俗一点说，该电路的变压器采用反激式工作方式，如图5：

即变压器的初级和次级的相位是相反的，在同一时间，两者相关180度。

图5：

变压器采用反激工作方式

整流滤波后通过变压器绕组然后进到IC的7、8脚，这个7、8脚就是IC里面MOS管的“D极”也叫漏极，接地的是“S极”也叫源极，整过电源电压的变换都由D极”和S极两个引脚的接通和断开来实现，就是它们工作时会一直处在接通和不接通状态，反复的接通和断开使变压器实现在电--磁-电的变换，至于它是怎么进行接通和不接通的?

这个频率又是多少?

下面分析一下工作过程：

①第一次变换的建立：

当U1上电，通过7、8脚连通的内部启动电路给供电，使用U1开始工作，此时U1将输出方波脉冲传递给U1内部MOS管的“G极”也叫栅极，使D极和S极接通，这时D极和S级等电位，而S极又是接地的，等于把变压器的一端瞬间接地，从而产生回路，变压器是感性元件，电流不能突变，所以它自身会产生感抗来阻止电流突变。

按照线性的曲线进行变化，慢慢上升，为了能够阻止它突然，它会产生一个与它相反的感应电压势来抑制它，这样一来，下面的绕组和次组绕组就会跟着产生电动势，从而产生电压，电—磁—电转换的机理也在于此，当然这是变压器和磁性材料本身具有的特性。

②第二次变换的建立：

当变压器下面的绕组产生电动势以后（我们通常把它叫着正反馈供电绕组），通过D3整流，R3限流，再经C4滤波后分成二路进行供电，一路给U1的第2脚供电，另一路给光电耦合器件PC817供电，当第2脚开始供电时，U1内部的整个PWM供电控制系统将自动转到由正反馈绕组供电，使内部振荡电路继续工作，从而输出第2个脉冲控制信息，使MOS管开次开通，如此周而复始的使用MOS不断的处理开和关状态进而让变压器工作在电-磁-电的转换状态。

图6是TK5401工作时序。

图7为TK5401内部框图。

图6：

TK5401工作时序

图7：

TK5401内部框图

5：

输出整流电路：

如图8为输出整流电路。

变压器工作以后，次级就会输出一个电压通过D4整流，C8和L1进行滤波，然后给LED灯进行供电，这里的L1除了能够滤波，还有续流的作用，就是保持输出电流的一致性，正是利用电感中的电流不能突然这一特性。

图8：

输出整流电路

6：

恒流电路：

恒流电路是整个电路原理图的实质，如图8，是恒流电路的几个组成部分。

为了更清楚的说明恒流的工作，有必要重新认识这个U1。

图9：

U1引脚说明

U1的每个引脚功能，8脚为MOS输入端，6脚是空脚，5脚外接的电容是振荡电容，直接决定了RC时间常数，就是充放电时间，一般充电MOS管是接通时间，放电是断开时间，4脚是电压检测脚，通过对4脚的电压值控制输出脉冲的占空比，3脚接地端，2脚是U1供电脚，第1脚外接的电阻和第5脚的电容组成了RC电路，给U1内部提供振荡源，脉冲的充放电时间常直接由这个电阻和电容决定。

4脚外接的光耦PC817，另一端PC817和输出电路R4两端相并联，R7在这里是起到检测电流的作用，根据电压=电流*电阻的原理，电流越大，R4两端的电压就会越大，电压越大，那么并连到R4两端的PC817也会有电压并且开始导通，导通后副边的RV也会跟着导通，就是它内阻下降，这样一来第4脚的电压就会上升，上升以后与U1里面的基础电压相对比，然后会直接输出一个信号使MOS管提成关断，从而达到恒流目的。

图10：

恒流电路

三，总结

LED驱动电源电路图和其他用电器电源电路一样，不同的是led驱动电源可能设计图会不一样，但它的输出电流是恒定的，理想的电路是无论LED的特性曲线怎么变化，驱动电源的电流保持不变。

这是LED的伏安特性决定。

作为电源工程师，我们知道LED的特性需要恒流驱动，才能保证其亮度的均匀，长期可靠的发光。

LED是节能产品，驱动电源也要符合节能的要求。

今天给大家分析的这个仅仅是LED的一个典型可以AC/DC输入，且可采用无电解电容驱动电路的一个案例原理，只是做了一些定性分析，有空再给大家分析LED驱动其他方面的内容。

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你用上LED之后只能找硬件工程师了（系列2）

LED的发光原理同传统照明不同，是靠P-N结发光，同功率的LED光源，因其采用的芯片不同，电流电压参数则不同，故其内部布线结构和电路分布也不同，导致了各生产厂商的光源对调光驱动的要求也不尽相同，因此控制系统和光源电器不匹配也成了行业内的通病，同时LED的多元化也对控制系统也提出了更高的挑战。

如果控制系统和照明设备不配套，可能会造成灯光熄灭或闪烁，并可能对LED的驱动电路和光源造成损坏。

　　市场上有五种LED照明设备控制方式：

　　1.前沿切相（FPC），可控硅调光

2.后沿切相（RPC）MOS管调光

　　3.1-10V调光

　　4.DALI（数字可寻址照明接口）

　　5.DMX512（或DMX）调光

前沿切相控制调光

前沿调光就是采用可控硅电路，从交流相位0开始，输入电压斩波，直到可控硅导通时，才有电压输入。

其原理是调节交流电每个半波的导通角来改变正弦波形，从而改变交流电流的有效值，以此实现调光的目的。

　　前沿调光器具有调节精度高、效率高、体积小、重量轻、容易远距离操纵等优点，在市场上占主导地，多数厂家的产品都是这种类型调光器。

前沿相位控制调光器一般使用可控硅作为开关器件，所以又称为可控硅调光器。

　　在LED照明灯上使用FPC调光器的优点是：

调光成本低，与现有线路兼容，无需重新布线后沿切相控制调光。

劣势是FPC调光性能较差，通常导致调光范围缩小，且会导致最低要求负荷都超过单个或少量LED照明灯额定功率。

因为可控硅半控开关的属性，只有开启电流的功能，而不能完全关断电流，即使调至最低依然有弱电流通过，而LED微电流发光的特性，使得用可控硅调光大量存在关断后LED仍然有微弱发光的现象存在，成为目前这种免布线LED调光方式推广的难题。

E-Linker易联专业研发的前沿切相LED调光驱动很好的解决了这个问题，通过驱动电路的“C-TURNOFF”技术优化避免“关不断”和“频闪坏灯”等难题。

匹配E-Linker易联前切相LED调光驱动的各类灯具可以与其他可控硅调光系统完美匹配，为用户节省了线材及布线工时，解决了可控硅LED调光匹配性及不可关断的混乱格局。

后沿切相控制调光

　　后沿切相控制调光器，采用场效应晶体管（FET）或绝缘栅双极型晶体管（IGBT）设备制成。

后沿切相调光器一般使用MOSFET做为开关器件，所以也称为MOSFET调光器，俗称“MOS管”。

MOSFET是全控开关，既可以控制开，也可以控制关，故不存在可控硅调光器不能完全关断的现象。

另MOSFET调光电路比可控硅更适合容性负载调光，但因为成本偏高和调光电路相对复杂、不容易做稳定等特点，使得MOS管调光方式没有发展起来，可控硅调光器仍占据了绝大部分的调光系统市场。

　　与前沿切相调光器相比，后沿切相调光器应用在LED照明设备上，由于没有最低负荷要求，从而可以在单个照明设备或非常小的负荷上实现更好的性能，但是，由于MOS管极少应用于调光系统，一般只做成旋钮式的单灯调光开关，这种小功率的后切相调光器不适用于工程领域。

而诸多照明厂家应用这种调光器对自己的调光驱动和灯具做调光测试。

然后将自己的调光产品推向工程市场，导致工程中经常出现用可控硅调光系统调制后切相调光驱动的情况。

这种调光方式的不匹配导致调光闪烁，严重的会迅速损坏电源或调光器。

　　1-10V调光

1-10V调光装置内有两条独立电路，一条为普通的电压电路，用于接通或关断至照明设备的电源，另一条是低压电路，它提供参考电压，告诉照明设备调光级别，0-10V调光控制器之前常用在对荧光灯的调光控制上，现在，因为在LED驱动模块上加上了恒定电源，并且有专门的控制线路，故0-10V调光器同样可以支持大量的LED照明灯。

但应用缺点也非常明显，低电压的控制信号需要额外增加一组线路，这对施工的要求大大提高。

DALI调光

　　DALI标准已经定义了一个DALI网络，包括最大的64个单元（可独立地址），16个组及16个场景。

DALI总线上的不同照明单元可以灵活分组，实现不同场景控制和管理。

在实际应用中，一个典型的DALI控制器控制多达40～50盏灯，可分成16个组，同时能够并行处理一些动作。

在一个DALI网络中，每秒能处理30～40个控制指令。

这意味着控制器对于每个照明组，每秒需要管理2个调光指令。

DALI并不是真正的点对点网络，它是代替1～10V电压接口控制镇流器。

相对于传统的1-10V调光，DALI的优点在于每个节点都具备唯一地址码，并且带反馈，更远距离调光不会像1-10V那样出现信号衰减，但是工程实践中这个距离还是不宜超过200米。

　　显然DALI不适合LED照明控制，一个DALI网络只能控制21盏全彩LED灯具。

DALI是面向传统照明控制的，注重的是系统的静态控制及可靠性、稳定性、兼容性。

而LED照明系统的规模远远大于DALI系统，主要追求灯具艺术效果表现力，适当的兼顾系统的智能化，这就要求系统需要接入更大的总线网络，具有无限扩展能力和较高的场景刷新能力。

因此，DALI系统在大型照明工程中往往作为一个子系统被并入其他总线系统。

E-Linker易联的COS系统即可完美兼容DALI系统。

　　DALI调光的优点不用赘述，缺点仍然是令人讨厌的信号线布置和高企的价格。

值得一提的是目前的DALI调光驱动为了确保单片机随时处于待命状态，在关灯时仍然需要待机耗电。

配备E-Linker易联的调光器可以在关灯时物理断电，避免待机时的能源损耗。

0DMX512调光

　　DMX512协议最先是由USITT（美国剧院技术协会）发展成为从控制台用标准数字接口到控制调光器的方式。

DMX512超越了模拟系统，但不能完全代替模拟系统。

DMX512的简单性、可靠性（假如能够正确安装和使用的话）以及灵活性使其成为资金允许情况下选择的一种协议。

在实际应用中，DMX512的控制方式，一般是将电源和控制器设计在一起。

由DMX512控制器控制8～24线，直接驱动LED灯具的RBG线，但是在建筑亮化工程中，由于直流的线路衰弱大，要求在12米左右就要安装一个控制器，控制总线为并行方式，因此，控制器的走线非常的多，很多场合甚至无法施工。

DMX512的接收器需设置地址，让它能明确接收调光指令，这在实际应用中也非常不方便。

多个控制器互联来控制复杂的照明方案，操作软件设计的也会比较复杂。

因此，DMX512比较适合灯具集中在一起的场合，如舞台灯光。

　　综上所述，DMX控制器的主要缺点在于需要特别的接线布局和类型，并需要一定的编程，以便设置基本颜色和场景，这对后期维护的成本较大。