LED驱动电路与功能扩展研究一例

黑河学院 王柏生 皮艳梅

LED驱动电路与功能扩展研究一例

黑河学院 王柏生 皮艳梅

本文研究一种常用的LED驱动电路，从理论及实际应用出发，对其进行理论分析及功能扩展研究，使之还可以成为一种适合学生科技创新实践的多用途电源。

LED驱动电路；PWM控制；稳流；稳压

LED光源具有小型、多样、发光效率高等优点，具有广泛应。LED驱动电路是保证LED光源正常工作的必备产品，它性能的优劣直接影响LED的使用寿命。本文研究一种常用的AC-DC型LED恒流驱动电路，通过对电路的组成及原理进行分析，进而对它进行功能扩展研究。

1.LED驱动电路组成

AC-DC开关型LED恒流驱动电路结构如图1所示，由220V整流滤波电路、PWM开关控制电路、输出取样电路及比较放大电路组成。电路的工作原理：当LED负载电流增大时，通过电流取样放大产生控制电压控制PWM电路，使PWM控制电路输出电压脉冲宽度变窄，进而使输出电流平均值变小；反之，当LED负载电流减小时，通过电流取样放大产生控制电压控制PWM电路，使PWM控制电路输出电压脉冲宽度变宽，进而使输出电流平均值变大，最终实现输出电流稳定。

图1

2.LED驱动电路分析

一种常见的AC-DC开关型恒流驱动电路如图2所示，本电路具有恒流输出及输出过压保护功能。二极管D1—D4及电容C1组成整流、滤波电路，三端开关稳压芯片TOP222Y为PWM控制电路，电阻R2、R5、R6组成输出电流取样电路，R7、R8组成输出电压取样电路，集成运算放大器LM358分别构成电流比较放大电路和电压比较放大电路，电路的输出与输入采用开关变压器T与光电耦合器TLP621进行隔离与能量交换。

在图2电路中，220V交流电经整流、滤波获得300V直流电压，经过开关变压器T加到TOP222Y两端，开关振荡、PWM控制均由芯片内部实现，通过控制流入芯片控制端C电流的大小，改变芯片输出脉冲的宽度，实现对输出电流、电压的控制。D6、C3为芯片辅助供电电路。

图2

负载输出电流由T二次变压，经过D7、C8、C9整流滤波获得。电路中D8、C5组成辅助供电电路，为LM358供电，同时该电压经过R3、三端精密稳压器TL431为取样电路与比较放大电路提供2.5V稳定电压。

（1）输出恒流控制

输出电流取样电路由电阻R2、R5、R6组成，电流比较放大电路由LM358构成反相放大器。输出恒流的控制原理：当输出电流I0增大时，电阻R2右端对地电压降低，通过电阻R6使运放1反相输入端2脚电压也降低，经过LM358反相放大后使1脚输出电压升高，经过红色发光二极管D10、电阻R9的作用使光电耦合器TLP621流入PWM控制芯片电流增大，通过芯片内部控制使输出脉冲宽度变窄，经过开关变压器T换能作用使输出电流减小；反之当输出电流I0减小时，电阻R2右端对地电压升高，通过电阻R6使运放1反相输入端2脚电压也升高，经过LM358反相放大后使1脚输出电压降低，经过红色发光二极管D10、电阻R9的作用使光电耦合器TLP621流入PWM控制芯片电流减小，通过芯片内部控制使输出脉冲宽度变宽，经过开关变压器T换能作用使输出电流增大，从而保证输出电流基本恒定。

（2）输出过压保护

输出过压保护电路由电压取样电路R7、R8，比较放大电路由LM358组成同相放大电路。输出过压保护原理：当输出电压在正常允许范围内时，5脚输入的取样电压较小，放大后7脚输出电压低于1脚输出电压，D9截止，电路运行在正常的恒流控制状态，此时D10导通发红色光；当输出电压升高超过允许值时，取样电压经过运放2同相放大后7脚输出电压高于1脚输出电压，D9导通发绿色光，通过电阻R9的作用使光电耦合器TLP621流入PWM控制芯片TOP222Y电流增大，通过芯片内部控制使输出脉冲宽度变窄，经过开关变压器T换能作用使输出电压减小，从而使输出电压限定在规定范围内，实现输出过压保护功能。

3.做稳压电源使用

前面分析的AC-DC开关型恒流LED驱动电路除驱动LED外，还可以做电流源使用（150mA）；如果对电路进行适当的调整，它又可以做稳压电源使用，很适合学生在科技创新实践中使用。

根据前面对原理分析可知，在图2电路中，输出有两个控制环节，一个是稳流控制环节，它由电流取样电阻（R2、R5、R6）、比较放大电路LM358、光电耦合器TLP621、PWM控制电路组成；另一个是稳压环节（输出过压时），它由取样电阻（R7、R8）、比较放大电路LM358、光电耦合器TLP621、PWM控制电路组成。在实际应用中只要对输出电流调节电阻R6、输出电压调节电阻R8进行合理调整就可以分别实现稳流和稳压功能。

做电流源使用时，将电阻R8调小，减小电压取样，使电压取样比较放大输出LM358的7脚电压较低，稳压指示绿色发光二极管D9截止，调节电阻R6可改变输出电流的大小，此时电路处在稳流输出状态，且稳压环节起到输出过压保护功能，过压保护值由R8调节。

做电压源使用时，将电阻R6调大，减小电流取样，使电流取样比较放大输出LM358的1脚电压较低，稳流指示红色发光二极管D10截止，调节电阻R8可改变输出电压的高低，此时电路处在稳压输出状态，且稳流环节又能起到输出过流保护功能，过流保护值由R6调节。

4.增加输入过压保护功能

为使AC-DC开关型恒流LED驱动电路更加安全运行，在原电路的基础上增加一个输入过压保护电路，电路如图3所示。在图3中集电极开路输出运放LM393接成一个电压比较器，电阻R3、5V稳压管为电压比较器提供5V基准电压，电阻R1、R2串联为输入电压取样。

工作原理：在正常输入电压情况时，LM393同相端取样电压低于5V，输出低电平，继电器K吸合，电源接通LED驱动电路正常工作；当输入电压超过正常值时，LM393同相端取样电压高于5V，输出为集电极开路状态，继电器K断开，电源断电LED驱动电路停止工作得到保护。电压恢复正常重新工作时，需按启动按钮S启动，电路才能正常工作。

图3

注：2016年度黑河学院科学技术项目：《LED驱动电路研究与设计》，项目编号KJY201602。