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LED日光灯驱动电路设计及仿真分析

目前小功率LED在使用时会对LED进行并联、串联，而使用过程中只要有一个LED短路或开路，都将导致小片或整条LED熄灭，影响照明效果，因此研究简单、廉价的驱动电路具有重要的意义。本文介绍了LED日光灯驱动的特点，设计了实用的电容降压式LED日光灯驱动电路，着重分析了关键元件参数的选择原则。采用PSpice仿真软件对设计的电路进行了可行性验证，并在此基础上制作了实物电路，用作12WT8标准LED日光灯电源。经实验验证，该电路稳定可靠，成本低，适用于多种小功率LED驱动。

1日光灯电路设计

1.1LED日光灯驱动

目前小功率照明产品中，广泛使用两种驱动电路形式：恒流驱动和稳压驱动。前者电路输出的电流是恒定的，输出电压随负载的变化而变化，且恒流驱动通常使用恒流IC,使用时对IC承受的最大电压值要求较高，限制了LED使用的数量。后者输出电压是固定的，输出电流随负载（LED）数量的增减而变化。实验证实，由于LED封装中其正向压降离散值较大，且LED亮度输出与其电流成正比，LED亮度一致性较差，但通过串加合适电阻可以使每串LED亮度平均，较适于低端照明市场。

1.2LED日光灯电路设计

LED日光灯驱动电路原理图如图1所示。

图1LED日光灯驱动电路

该电路共驱动140只白光LED（小功率）,采用35串4并的模式，采用电容降压式驱动方式。其中，C1、C4为并联的两个相同的电容，起降压及限流作用；4个1N4007组成的整流桥对输入交流电压进行整流；滤波电容C3用于滤除整流输出电压中的交流成分，使电压更为平滑；L1、C2用于滤除输出电压中的高频成分；电阻R4为C3提供放电回路；采用单向晶闸管SCR729210对电路进行保护，R3为限流电阻。

1.2.1降压电容选择

因为通过降压电容C向负载提供的电流IO实际上就是流过C的充放电电流IC.当负载电流IO小于C的充放电电流IC时，多余的电流就会流过滤波电容C2。

式中：Ui---输入交流电压有效值；f---交流信号频率。

因此，对于负载所消耗的64mA电流Io,至少需要降压电容值Cmin=0.928μF.另外，为保证C可靠工作，其耐压选择应大于2倍的电源电压，因此，选择两个684MF/630V电容并联工作。

1.2.2输出整流及滤波电路

根据有些文献，整流桥上单个二极管所承受的电压最大值URM=√2Ui（Ui为输入电压的有效值）=318.4V,因此，选用常用的整流二极管1N4007（URM=1000V，IF=1A）。

为使输出端得到平滑的负载电压，一般取RLC≥（3~5）T/2,其中RL为负载阻抗，T为输入信号周期（0.02s）,可得C≥24.38μF.原则上电容值取的越大，输出电压越平滑，其纹波值越小。但是，随着电容容量的增大，其体积也随着增大，考虑到电路要安装在普通T8灯管中，实取33μF/160V的电解电容；同时为得到更平滑的输出电压，选取L1为100μH线绕电感，C1为0.01μF瓷片电容。

1.2.3输出保护电路设计

LED中使用的电流不能超过其规格稳定值，长期超过负荷不仅不会增大亮度（白光LED在大电流下会出现饱和现象，发光效率大幅度降低）,而且还会缩短LED寿命，影响LED照明电路的可靠性。由于LED正向导通后，其正向电压的细小变动将会引起LED电流的大幅度变化，因此，需要在输出端设置输出保护电路。

该电路由VT1、R2、R3组成，VT1采用Motoro2la公司的MCR729210（UDRM=800V,控制极触发电压UGT=0.8V,触发电流IGT=10mA）.R2为单向晶闸管提供触发偏置电压，其阻值的选择至关重要，如果值太大，则电路中某些不稳定因素导致LED中的电流瞬间变大，会导致晶闸管频繁触发，保护电路频繁起作用，造成电路工作不正常；如果阻值选的过小，LED可能在超出其规格稳定值下工作，保护电路不灵敏，会造成LED寿命缩短。因要求LED支路电流为16mA,则：

为留有一定的裕量，选取R2=10Ω。

2仿真及实验分析

2.1日光灯电路的PSpice仿真

为理论上验证设计的可行性，采用PSpice软件对电路进行了仿真分析。结果如图2所示。电路在210ms时进入稳定状态，稳定后其输出电压为97±2.2V,输出电流为14.7±0.3mA,基本验证了电路设计的可行性。LED日光灯电路输出特性如图2所示。

图2LED日光灯电路输出特性。

为验证输出保护电路的功能，对电阻R2进行参数扫描分析，之后进行性能分析。结果如图