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1、
用石英燈電子變壓器做LED驅(qū)動器
某商場裝修改造,拆下許多MR16石英燈電子變壓器,棄之可惜,但放之未必無用。通過改造,添加數(shù)個元件,可以做成大功率的LED驅(qū)動器。這樣的改造利用,也符合國家對廢棄電子產(chǎn)品處理的方針,是保護環(huán)境的“綠色”行動。
MR16石英燈幾年前曾在商品展示、陳列等局部照明中大量使用。由于它屬于白熾燈一類,耗電較大,近年來已逐步趨于淘汰,被LED射燈所替代。
圖一是一款常見的20W石英燈電子變壓器原理圖。
各個生產(chǎn)廠的產(chǎn)品大同小異,其工作原理在本質(zhì)上就是一個工作在高頻開關(guān)狀態(tài)、工作頻率20KHz~30 KHz的降壓電子變壓器,以前的電子報上有闡
2、述,這里不再重復。石英燈的功率一般在20W~50W之間,以20W電子變壓器為例,可輸出12V高頻交流電壓,可供最大的工作電流:20W/12V=1.67A(高頻交流)。
改造方法:原理圖見圖二。
發(fā)光二極管工作在直流狀態(tài),因此必須將電子變壓器輸出的高頻交流電壓整流,N2后是新增的橋式整流濾波電路。
由于工作頻率較高,D6~D9要用快恢復二極管或肖特基二極管,工作電流視所接負載而定,比如FR102、FR152、FR202、1N5819、1N5822等。C4的主要作用是抑制通電瞬間引起的電壓突變,從而降低啟動電壓沖擊對LED壽命的影響。R5是
3、C4的泄流電阻,其作用是斷電后盡快釋放C4上的電壓,為可能的馬上再次通電作準備。
R是每組LED的限流電阻,其阻值和額定功率應視所接LED的不同而調(diào)整。FU是防短路保險絲。
負載情況:如所接的是普通的超高亮LED,工作電流If=20mA,正向壓降Vf=3.5V左右,可三只LED為一組串聯(lián),多組并聯(lián),具體總組數(shù)視燈具的需要和電子變壓器本身的輸出功率而定。
理論上估算,一只20W 12V的電子變壓器可驅(qū)動的LED的組數(shù)為:(20W /12V)/0.02A=83組。共可驅(qū)動LED總數(shù)為:833=249只。
如所接的是大功率LED(1W~3W),工作電流IF350mA~700 mA ,正向壓降
4、Vf=3.3V~3.9V,也可用上述方法估算出可驅(qū)動的LED總數(shù)量。
電路調(diào)整須知:石英燈電子變壓器電路屬串聯(lián)型電流反饋形式,如負載工作電流很小,反饋不足,會造成電路不工作或Q1、Q2開關(guān)狀態(tài)不好。
如接上LED負載后電路不工作,可適當增加L3繞組的匝數(shù)(2匝~4匝,注意繞組的頭、尾必須和原來的相同),以提高電路的反饋量,直至電路能正常工作。同時也應避免反饋太強烈。
可通電工作一分鐘左右后斷電檢查,用手觸摸Q1、Q2不燙手為正常。
串聯(lián)型電流反饋電路對應不同的負載電流其輸出電壓會有一些變化,應仔細調(diào)整R的阻值,使電路穩(wěn)定時每組LED的工作電流在20mA范圍內(nèi)。
R也可用正溫度
5、系數(shù)的熱敏電阻(PTC),這樣對LED限流和恒流的效果會更好。
具體應用方法和原理可參閱而00九年十四期~十六期電子報上的相關(guān)文章。
橋式整流濾波電路部分可做成獨立的PCB,安裝在燈具內(nèi)部。燈具的外形和結(jié)構(gòu)可根據(jù)不同的需要來設(shè)計開發(fā)。
用熱敏電阻打造廉價LED恒流源解決方案
1、WMZD系列LED溫度補償過流保護熱敏電阻
WMZD系列專門為LED照明做溫度補償?shù)碾娮?,是專門針對LED照明出現(xiàn)的由于溫度引起的LED PN結(jié)電壓VF下降,即-2mV/℃,稱為PN結(jié)的負溫效應。該特性在發(fā)光應用上是個致命的缺陷,直接影響到LED器件的發(fā)光效率、發(fā)光亮度、發(fā)光色度。比如,常溫25℃時LED
6、最佳工作電流20mA,當環(huán)境溫度升高到85℃時,PN結(jié)電壓VF下降,工作電流急劇增加到35mA~37mA,此時電流的增加并不會產(chǎn)生亮度的增加,稱為亮度飽和。更為嚴重的是,溫度的上升,引起光譜波長的偏移,造成色差。如長時工作在此高溫區(qū)還將引起器件老化,發(fā)光亮度逐步衰減。
同樣,當環(huán)境溫度下降至-40℃時,結(jié)電壓VF上升,最佳工作電流將從20mA減小到8mA~10mA,發(fā)光亮度也隨電流的減少而降低,達不到應用場所所需的照度。
為了避免上述特性帶來的不足,一般在LED燈的相關(guān)產(chǎn)品上,通常采用如下措施:
1.將LED裝在散熱板上,或風機風冷降溫。
2.LED采用恒流源的供電方式,不因LED隨溫
7、度上升引起使回生電流增加,防止PN結(jié)惡性升溫?;蜻@兩種方法并用。實踐證明,這兩種方法用于大功率LED燈(如廣告背景燈、街燈)。確實是行之有效的措施。
但當LED燈進入尋常百姓家就碰到如下問題了:散熱板和風冷能否集成在一個普通燈頭的空間內(nèi);采用集成電路或諸多元器件組成的恒流源電路,它的壽命不取于LED,而取決整個系統(tǒng)的某塊“短板”;有沒有吸引眼球的價格。用熱敏電阻補償法來解決LED恒流源問題,既經(jīng)濟又實用。
我公司生產(chǎn)了一種具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻與負溫度特性的LED串聯(lián),組成一個溫度系數(shù)極小的電阻型負載。一旦工作電壓確定后,串聯(lián)回路中的電流,將不會隨溫度變化而變化。
通俗地說,當LED隨
8、溫度升高電流增加時,熱敏電阻也隨溫度下降電阻變小,阻止了回路電流的減少。如果匹配得當,當環(huán)境溫度在-40℃~85℃范圍內(nèi)變化,見圖1。
2:應用:
從圖1可見,采用熱敏電阻溫度補償方法與采用集成電路等元件組成的恒源相比,熱敏電阻溫度補償法只用1個熱敏電阻元件就可解決LED恒流源問題,其價格、體積、壽命等優(yōu)勢不言而喻。我們采用的這種正溫度熱敏電阻WMZD,專為LED應用而研制的,其常用規(guī)格見表1,下面介紹一下該熱敏電阻的應用特性。
20mA LED恒流源WMZD5A20的應用
我們可以用1只WMZD5A20與5只LED(20mA)串聯(lián)組成一個標準單元,它的LED恒流源電流20mA,工作電
9、壓U=3V+53.4V=20.0V。3V是WMZD5A20電阻壓降,3.4V是LED的正向?qū)妷?或2.8V~4.2V),它的恒流特性見圖1中的電流曲線II。
應用電路與制作
與一般LED恒流源相比,該標準單元有不怕負載開路的優(yōu)點,也不怕負載短路,當短接5個LED后,回路電流急劇上升,引起WMZD溫升,WMZD阻值迅速增大,可有效阻止電流繼續(xù)上升。經(jīng)過反復實驗后發(fā)現(xiàn),負載短路后,短路電流可由130 mA迅速下降到60 mA的穩(wěn)定值,如在電源的允許范圍內(nèi),不會損壞電源。
由多個5A20標準單元的串聯(lián)組合,即可支持一定數(shù)量的LED,并獲得相應的工作電壓,比如用10個標準單元相串聯(lián)的電路,可
10、支持50個LED,燈,工作電壓可接近200V。
Model
型號
恒流電流
工作電壓
單元電路
WMZD5A20
20mA
3V+VFX5
WMZD5A30
30mA
3V+VFX5
WMZD5B100
100mA
0.65V+VF
WMZD5C300
300mA
0.5V+VF
也可以直接驅(qū)動一顆1W的大功率LED燈
WMZD5D350
350
0.5V+VF
兩個WMZ5-5D350并聯(lián)可以直接驅(qū)動一顆3W的大功率LED燈
VF為LED20mA時的導通電壓
100mA LED恒流源WMZD-5B100的應用
1只WMZD
11、-5B100與5只并聯(lián)的LED(20mA)串聯(lián)可以組成一個標準單元,它的LED恒流電流為100 mA,工作電壓U=0.65V+3.4V=4.05V,0.65V是WMZD-5B100的電阻壓降,3.4V是LED后,短路電流可由600 mA迅速下降280 mA穩(wěn)定值。
如果要增添LED的數(shù)量,可用多個5B100標準單元并聯(lián)組合,如果要提高工作電壓,可用多個5B100標準單元的串聯(lián)組合。
WMZD-5B100的擴展應用
典型的電路連接方法見圖2,用2只5B100電阻并聯(lián)擴展成200mALED恒流源,用于200mA的大功率LED,工作電壓U=0.65V+VF。3只5B100并聯(lián)可擴展成300mA
12、恒流源,用于300mA的大功率LED,工作電壓U=0.65V+VF,以此類推。
WMZD的電流過補償保護特性
熱敏電阻WMZD還具有電流過補償特性,即熱敏電阻的正溫變化率大于發(fā)光管的負溫效應成為過補償,圖3所示是一條隨溫度上升而減少的下陡曲線。這一點與LED的另一典型特性是一致的,即允許電流在40℃后隨溫度上升相應減少,使LED的功耗控制在額定范圍內(nèi),確保LED的最長壽命。WMZD電流過補償保護特性,正好可以滿足LED對電流的要求,這也是一般的LED恒流源不具備的。
過補償保護應用在以下幾處更顯優(yōu)勢:1.全年或每天環(huán)境溫差大,如室外照明的街燈、廣告燈、車燈;2.低電壓大電流LED
13、燈(WMZD-5B100具有低內(nèi)阻、小壓降);3.價高的大功率LED單個保護。
WMZD過補償保護特性的典型應用電路接法見圖4,與標準單元串聯(lián)一個相同型號的WMZD熱敏電阻,即可發(fā)揮過補償作用,如果增加2個或3個WMZD熱敏電阻會加深補償作用,但如果實償太深,常溫下LED電流地低,會影響發(fā)光效率。我們可以通過實驗,選出保護功能與發(fā)光效率兼顧的最佳方案。下圖為,采用2R和3R的電流溫度對照圖。
如何在市電220V中直接使用WMZD熱敏電阻對LED進行恒流控制?
答:如果電網(wǎng)電壓波動不超過7%,即可不使用穩(wěn)壓電路,超過7%就要進行穩(wěn)壓處理,成本將大大增加。
1.按照下圖接好電路,用萬用表mA檔串入電流校測點中,接通220V市電,串聯(lián)回路電流應在18-22MA時即合格,如偏差較大如15MA和25MA,是因所選用的LED電壓差異,可在最后一組單元里增、減LED數(shù)量,達到20MA左右的額定值。
2.用調(diào)壓器將220V升至235V(220VX1.07倍),串聯(lián)回路電流不應大于25mA,如大于25mA,應增加LED題數(shù),直至將電流降到25mA以下。
3.LED可以脈動電流驅(qū)動發(fā)光,不會產(chǎn)生頻閃現(xiàn)象,不需用電容濾波,不用電容可防止因電容擊穿造成短路故障。
4.制成產(chǎn)品后,可用電熱吹風,溫度計升溫到80℃觀察電流變化,不大于25MA即合格.