工程师分享：新型高功率LED驱动电路探索

　　突发电流抑制电路的动作原理

　　图8是图1中的突波电流抑制电路单元实际电路图，本电路使用半导体继电器使抑制突波电流的电阻RS0旁通。启动电源时利用RS0减轻突波电流，恒定状态时则利用半导体继电器旁通，藉此削减不必要的消费电力。此外半导体继电器的输入端并连连接在平顺化电容器，以VC为基准微调切换Rspin1与Rspin2。

　　图9是抑制突波电流时IS的电流波形；图10是抑制突波电流时VS、VC的电压波形，如图所示在本电路流动的电流IS，不论有无半导体继电器都呈一定状态，一般认为主要原因是VS的电压差，相对变更电力差所造成。换句话说，只要赋予半导体继电器动作顺序，就能够使VS变小同时削减电力，如果半导体继电器只有一个，VS的合成阻抗与电力都会增加，此时为抑制电力消费，理论上只要降低RS1即可，不过突波电流会增加，为同时兼顾这两个条件，最后决定使用2个半导体继电器。

　　接着计算RS0、RS1、RS2各电阻值。此处假设此时电荷未滞留在平顺化电容器，亦即VC=0V、VS=140V，突波电流最大值为1A。首先计算RS0值：RS0＝VS/突波电流最大值=140V/1A=140Ω。

　　为避免突波电流超过1A，刻意使RS0具备一定裕度，因此将RS0设定成150Ω，此时恒定状态的VC实测值为120V，VS的最大值变成140V-120V=20V。虽然RS0与RS1的合成阻抗变成(RS0/RS1)=20V/1A=20Ω，不过基于安全考虑，同样使最大电流具备一定裕度，因此将RS0/RS1设定成30Ω，如此一来：RS1=1/(1/30-1/150)=37.5Ω。

　　最后决定将RS1设定成38Ω。RS0与RS1分别设定成150Ω、38Ω时，恒定状态的VC实测值为130V，VS的最大值变成140V-130V=10V。RS0、RS1、RS2的合成阻抗变成(RS0/RS1/RS2)=10V/1A=10Ω，基于安全考虑，刻意使最大电流备1.5倍的裕度，因此RS0/RS1/RS2设定成10Ω×1.5=15Ω，RS2=1/(1/145-1/30)=30Ω，RS2设定成30Ω。

　　电源效率

　　所谓电源效率是指所有LED的消费电力。根据实验结果显示新型LED灯驱动电路电源电压，在90~110V范围变动时，能够获得80.7~91.8%的电源效率。图11是实验模块实际外观；表3是驱动电路的输入电压、输入电力（交流）特性、输出电压、输出电力（直流）特性、照度特性、全光束特性的测试结果。其中输出电力是根据“输出电压×输出电流”算出；电源效率是根据“输出电力∕输入电力”算出。

图12~14分别是输入电压变动时的输出与输入端的消费电力、电源效率、全光束、照度特性的测试结果。如图12所示输出电力呈现饱和状态，主要原因是定电流电路发生作用，防止大量电流在LED内部流动所致。输入电压若超越额定值越多，在定电流电路单元电压下降相对越大，如图13所示此时电源效率越差，反过来说输入电压越低，电源效率越高。

　　如图13、图14所示输入电压越低，照度与全光束随着降低，此处刻意减少LED的颗数，输出电力的饱和领域，从输入电压90V处开始设定，此时随着电压变动全光束的变化会减少，不过电源效率在全领域却相对变少，虽然增加LED的颗数，整体的电源效率会提高，然而随着电压变动，全光束的变化却非常明显。研究人员认为两者的妥协点与实际上以100V动作的机率很高，因此最后选择能够从100V附近进入输出电力饱和领域的条件进行实验。

　　启动时间

　　新型LED灯驱动电路，从开启电源一直到LED点灯为止，有所谓的时间间隔(Time lag)，主要原因是开启电源时，受到生突波电流抑制电阻的影响，造成平顺化电容器C充电时必须花费相当时间，电流流到LED时出现延迟现象。由此可知启LED的动时间，基本上取决于平顺化电容器与突波电流抑制电阻构成的RC电路时定数。

　　此外新型LED灯驱动电路使用交流电进行全波整流充电，因此实际启动时间比直流电更迟缓。如图10所示，新型LED灯驱动电路的启动时间低于0.2，传统荧光灯的启动时间大约2~3秒，相较之下前者的启动时间非常快，几乎无法察觉新型LED灯驱动电路的启动时间延迟。

　　结语

　　半导体继电型突波电流抑制电路构成的新型高功率LED灯驱动电路，可以有效削减不必要的电力消费，90~110V的电源电压，10~20W的输出电力，电源效率高达80.7~91.7%，而且还可以降低突波电流，点灯时的电流降至1A以下，因此断电器完全没有跳脱之虞。一般认为今后照明用LED，可望朝复数LED封装化、高发光效率方向发展，届时LED顺向电压变高后，未作降压、分压直接使用DC140V的高功率LED灯驱动电路势必受到重视。