用石英灯电子变压器做LED驱动器.doc

用石英灯电子变压器做LED驱动器某商场装修改造，拆下许多MR16石英灯电子变压器，弃之可惜，但放之未必无用。通过改造，添加数个元件，可以做成大功率的LED驱动器。这样的改造利用，也符合国家对废弃电子产品处理的方针，是保护环境的“绿色”行动。MR16石英灯几年前曾在商品展示、陈列等局部照明中大量使用。由于它属于白炽灯一类，耗电较大，近年来已逐步趋于淘汰，被LED射灯所替代。图一是一款常见的20W石英灯电子变压器原理图。各个生产厂的产品大同小异，其工作原理在本质上就是一个工作在高频开关状态、工作频率20KHz30 KHz的降压电子变压器，以前的电子报上有阐述，这里不再重复。石英灯的功率一般在20W50W之间，以20W电子变压器为例，可输出12V高频交流电压，可供最大的工作电流：20W/12V=1.67A(高频交流)。改造方法：原理图见图二。发光二极管工作在直流状态，因此必须将电子变压器输出的高频交流电压整流，N2后是新增的桥式整流滤波电路。由于工作频率较高，D6D9要用快恢复二极管或肖特基二极管，工作电流视所接负载而定，比如FR102、FR152、FR202、1N5819、1N5822等。C4的主要作用是抑制通电瞬间引起的电压突变，从而降低启动电压冲击对LED寿命的影响。R5是C4的泄流电阻，其作用是断电后尽快释放C4上的电压，为可能的马上再次通电作准备。R是每组LED的限流电阻，其阻值和额定功率应视所接LED的不同而调整。FU是防短路保险丝。负载情况：如所接的是普通的超高亮LED，工作电流If=20mA，正向压降Vf=3.5V左右，可三只LED为一组串联，多组并联，具体总组数视灯具的需要和电子变压器本身的输出功率而定。理论上估算，一只20W 12V的电子变压器可驱动的LED的组数为：（20W /12V）/0.02A=83组。共可驱动LED总数为：833=249只。如所接的是大功率LED（1W3W），工作电流IF350mA700 mA ，正向压降Vf=3.3V3.9V，也可用上述方法估算出可驱动的LED总数量。电路调整须知：石英灯电子变压器电路属串联型电流反馈形式，如负载工作电流很小，反馈不足，会造成电路不工作或Q1、Q2开关状态不好。如接上LED负载后电路不工作，可适当增加L3绕组的匝数（2匝4匝，注意绕组的头、尾必须和原来的相同），以提高电路的反馈量，直至电路能正常工作。同时也应避免反馈太强烈。可通电工作一分钟左右后断电检查，用手触摸Q1、Q2不烫手为正常。串联型电流反馈电路对应不同的负载电流其输出电压会有一些变化，应仔细调整R的阻值，使电路稳定时每组LED的工作电流在20mA范围内。R也可用正温度系数的热敏电阻（PTC），这样对LED限流和恒流的效果会更好。具体应用方法和原理可参阅而00九年十四期十六期电子报上的相关文章。桥式整流滤波电路部分可做成独立的PCB，安装在灯具内部。灯具的外形和结构可根据不同的需要来设计开发。用热敏电阻打造廉价LED恒流源解决方案1、WMZD系列LED温度补偿过流保护热敏电阻WMZD系列专门为LED照明做温度补偿的电阻，是专门针对LED照明出现的由于温度引起的LED PN结电压VF下降，即-2mV/,称为PN结的负温效应。该特性在发光应用上是个致命的缺陷，直接影响到LED器件的发光效率、发光亮度、发光色度。比如，常温25时LED最佳工作电流20mA，当环境温度升高到85时，PN结电压VF下降,工作电流急剧增加到35mA37mA,此时电流的增加并不会产生亮度的增加，称为亮度饱和。更为严重的是，温度的上升，引起光谱波长的偏移，造成色差。如长时工作在此高温区还将引起器件老化，发光亮度逐步衰减。同样，当环境温度下降至-40时，结电压VF上升，最佳工作电流将从20mA减小到8mA10mA，发光亮度也随电流的减少而降低，达不到应用场所所需的照度。为了避免上述特性带来的不足，一般在LED灯的相关产品上，通常采用如下措施：1.将LED装在散热板上，或风机风冷降温。2.LED采用恒流源的供电方式，不因LED随温度上升引起使回生电流增加，防止PN结恶性升温。或这两种方法并用。实践证明，这两种方法用于大功率LED灯（如广告背景灯、街灯）。确实是行之有效的措施。但当LED灯进入寻常百姓家就碰到如下问题了：散热板和风冷能否集成在一个普通灯头的空间内；采用集成电路或诸多元器件组成的恒流源电路，它的寿命不取于LED，而取决整个系统的某块“短板”；有没有吸引眼球的价格。用热敏电阻补偿法来解决LED恒流源问题，既经济又实用。我公司生产了一种具有正温度系数的热敏电阻与负温度特性的LED串联，组成一个温度系数极小的电阻型负载。一旦工作电压确定后，串联回路中的电流，将不会随温度变化而变化。通俗地说，当LED随温度升高电流增加时，热敏电阻也随温度下降电阻变小，阻止了回路电流的减少。如果匹配得当，当环境温度在-4085范围内变化，见图1。2:应用:从图1可见，采用热敏电阻温度补偿方法与采用集成电路等元件组成的恒源相比，热敏电阻温度补偿法只用1个热敏电阻元件就可解决LED恒流源问题，其价格、体积、寿命等优势不言而喻。我们采用的这种正温度热敏电阻WMZD，专为LED应用而研制的，其常用规格见表1，下面介绍一下该热敏电阻的应用特性。20mA LED恒流源WMZD5A20的应用我们可以用1只WMZD5A20与5只LED（20mA）串联组成一个标准单元，它的LED恒流源电流20mA，工作电压U=3V+53.4V=20.0V。3V是WMZD5A20电阻压降，3.4V是LED的正向导通电压(或2.8V4.2V),它的恒流特性见图1中的电流曲线II。应用电路与制作与一般LED恒流源相比，该标准单元有不怕负载开路的优点，也不怕负载短路，当短接5个LED后，回路电流急剧上升，引起WMZD温升，WMZD阻值迅速增大，可有效阻止电流继续上升。经过反复实验后发现，负载短路后，短路电流可由130 mA迅速下降到60 mA的稳定值，如在电源的允许范围内，不会损坏电源。由多个5A20标准单元的串联组合，即可支持一定数量的LED，并获得相应的工作电压，比如用10个标准单元相串联的电路，可支持50个LED，灯，工作电压可接近200V。Model型号恒流电流工作电压单元电路WMZD5A2020mA3V+VFX5WMZD5A3030mA3V+VFX5WMZD5B100100mA0.65V+VFWMZD5C300300mA0.5V+VF也可以直接驱动一颗1W的大功率LED灯WMZD5D3503500.5V+VF两个WMZ5-5D350并联可以直接驱动一颗3W的大功率LED灯VF为LED20mA时的导通电压100mA LED恒流源WMZD-5B100的应用1只WMZD-5B100与5只并联的LED（20mA）串联可以组成一个标准单元，它的LED恒流电流为100 mA，工作电压U=0.65V+3.4V=4.05V,0.65V是WMZD-5B100的电阻压降,3.4V是LED后,短路电流可由600 mA迅速下降280 mA稳定值。如果要增添LED的数量，可用多个5B100标准单元并联组合，如果要提高工作电压，可用多个5B100标准单元的串联组合。WMZD-5B100的扩展应用典型的电路连接方法见图2，用2只5B100电阻并联扩展成200mALED恒流源，用于200mA的大功率LED，工作电压U=0.65V+VF。3只5B100并联可扩展成300mA恒流源，用于300mA的大功率LED，工作电压U=0.65V+VF，以此类推。WMZD的电流过补偿保护特性热敏电阻WMZD还具有电流过补偿特性，即热敏电阻的正温变化率大于发光管的负温效应成为过补偿，图3所示是一条随温度上升而减少的下陡曲线。这一点与LED的另一典型特性是一致的，即允许电流在40后随温度上升相应减少，使LED的功耗控制在额定范围内，确保LED的最长寿命。WMZD电流过补偿保护特性，正好可以满足LED对电流的要求，这也是一般的LED恒流源不具备的。过补偿保护应用在以下几处更显优势：1.全年或每天环境温差大，如室外照明的街灯、广告灯、车灯；2.低电压大电流LED灯（WMZD-5B100具有低内阻、小压降）；3.价高的大功率LED单个保护。WMZD过补偿保护特性的典型应用电路接法见图4，与标准单元串联一个相同型号的WMZD热敏电阻，即可发挥过补偿作用，如果增加2个或3个WMZD热敏电阻会加深补偿作用，但如果实偿太深，常温下LED电流地低，会影响发光效率。我们可以通过实验，选出保护功能与发光效率兼顾的最佳方案。下图为，采用2R和3R的电流温度对照图。如何在市电220V中直接使用WMZD热敏电阻对LED进行恒流控制？答：如果电网电压波动不超过7%，即可不使用稳压电路，超过7%就要进行稳压处理，成本将大大增加。1.按照下图接好电路，用万用表mA档串入电流校测点中，接通220V市电，串联回路电流应在18-22MA时即合格,如偏差较大如15MA和25MA,是因所选用的LED电压差异,可在最