LED驱动电源电路分析

今天给大家简单分析一个LED驱动电路，供大家学习。

一，先从一个完整的LED驱动电路原理图讲起。

本文所用这张图是从网上获取，并不代表具体某个产品，主要是想从这个图中，跟大家分享目前典型的恒流驱动电源原理，同时跟大家一起分享大牛对它的理解，希望可以帮到大家。那么本文只做定性分析，只讨论信号的过程，对具体电压电流的参数量在这里不作讨论。

图1  某款LED驱动电路原理图

二、原理分析

为了方便分析，把图1分成几个部分来讲

1：输入过压保护

主要是雷击或者市冲击带来的浪涌。

如果是DC电压从“ 48V、GNG”两端进来通过R1的电阻，此电阻的作用是限流，若后面的线路出现短路时，R1流过的电流就会增大，随之两端压降跟着增大，当超过1W时就会自动断开，阻值增加至无穷大，从而达到保护输入电路 48V不受到负载的影响)限流后进入整流桥。

图2  输入过压保护电路

R1与RV构成了一个简单过压保护电路，RV是一个压敏元件，是利用具有非线性的半导体材料制作的而成，其伏安特性与稳压二极管差不多，正常情况显高阻抗状态，流过的电流很少，当电压高到一定的时候(主要是指尖峰浪涌，如打雷的时候高脉冲串通过市电串入进来)，压敏RV会显现短路状态，直接截取整个输入总电流，使后面的电路停止工作，此时，由于所有电流将流过R1和RV，因R1只有1W的功率，所以瞬间可以开路，从而保护了整个电路不被损坏。

2、整流滤波电路

当交流AC输入时，则桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路，将交流电转变为直流电。

当直流DC( 48V)电压直接进入整流桥BD时，输出一个上正下负的直流电压，如果 48V电源本身也是直流的，那整流桥的作用就是对输入起到的是极性保护作用，无论输入是上正下负还是上负下正都不会损坏驱动电源，通过C1C2L1进行滤波，图3是一个LCΠ型滤波电路，目的是将整流后的电压波形平滑的直流电。

图3  LCΠ型滤波电路

3、箝位吸收电路

图4红框内为箝位吸收电路。箝路电路存在的理由其实就是保护IC里面的MOS管，其过程为--整流滤波以后的电压分成2路，一路通过变压器绕组后进入U1的TK5401的第7、8脚（下文会介绍U1）。

先看箝位这一路，这路是通过R1、C3、D2然后也连到7、8脚，这个R1、C3、D2就组成了一个简单的箝位电路，主要功能就是用来吸收尖峰和浪涌的，和RV压敏电阻作用不同的是，RV主要是防止打雷或者市电冲击起到保护作用，箝位功能是吸收变压器TRANS2-2绕组两端的反向电动势，消除自激振荡，起到快速复位作用，为变压器一个周期做准备，如果变压器得不到复位就会饱和，会失去感抗， R1和C3组成了一个RC充放电回路，用来反向积累的电动势，D2主要是隔离作用，变压器在正半周的时，感应电动势为上正下负时，使整过环路处于断开状态，而变压器进入负半周时，给箝位电路提供通路，快速将电动势环路处于断开状态，而等变压器进入负半周时，给箝位电路提供通路，快速将电动势释放，从而达到保护IC里头的MOS管不被尖峰击穿而损坏。

图4  箝位吸收电路

4、 U1工作原理

这款LED驱动IC--TK5401驱动器，主要的特点是为无需在应用电路上使用电解电容器而设计的。该IC的主要特点是高低电压过流保护补偿，不需要电解电容的高PF值。内置高电压功率MOS管650/1.9欧姆，支持通用交流输入电压AC85V--265V,该IC的驱动电路通过脉冲检测漏电流峰值，在D/ST(7脚，8脚)端电压高于OCP电压时关闭功率MOS管，漏电流保护连接在s/ocp(1脚)和GND(3脚)间的电流采样电阻。当采样电阻的压降达到OCP电压阀值，就关闭功率MSG管。

通俗一点说，该电路的变压器采用反激式工作方式，如图5：即变压器的初级和次级的相位是相反的，在同一时间，两者相关180度。

图5  变压器采用反激工作方式

整流滤波后通过变压器绕组然后进到IC的7、8脚，这个7、8脚就是IC里面MOS管的“D极”也叫漏极，接地的是“S极”也叫源极，整过电源电压的变换都由D极”和S极两个引脚的接通和断开来实现，就是它们工作时会一直处在接通和不接通状态，反复的接通和断开使变压器实现在电--磁-电的变换，至于它是怎么进行接通和不接通的?这个频率又是多少?下面分析一下工作过程：

①第一次变换的建立：当U1上电，通过7、8脚连通的内部启动电路给供电，使用U1开始工作，此时U1将输出方波脉冲传递给U1内部MOS管的“G极”也叫栅极，使D极和S极接通，这时D极和S级等电位，而S极又是接地的，等于把变压器的一端瞬间接地，从而产生回路，变压器是感性元件，电流不能突变，所以它自身会产生感抗来阻止电流突变。按照线性的曲线进行变化，慢慢上升，为了能够阻止它突然，它会产生一个与它相反的感应电压势来抑制它，这样一来，下面的绕组和次组绕组就会跟着产生电动势，从而产生电压，电—磁—电转换的机理也在于此，当然这是变压器和磁性材料本身具有的特性。

②第二次变换的建立：当变压器下面的绕组产生电动势以后(我们通常把它叫着正反馈供电绕组)，通过D3整流，R3限流，再经C4滤波后分成二路进行供电，一路给U1的第2脚供电，另一路给光电耦合器件PC817供电，当第2脚开始供电时，U1内部的整个PWM供电控制系统将自动转到由正反馈绕组供电，使内部振荡电路继续工作，从而输出第2个脉冲控制信息，使MOS管开次开通，如此周而复始的使用MOS不断的处理开和关状态进而让变压器工作在电-磁-电的转换状态。图6是TK5401工作时序。图7为TK5401内部框图。

图6  TK5401工作时序 图7：TK5401内部框图

5、输出整流电路

如图8为输出整流电路。变压器工作以后，次级就会输出一个电压通过D4整流，C8和L1进行滤波，然后给LED灯进行供电，这里的L1除了能够滤波，还有续流的作用，就是保持输出电流的一致性，正是利用电感中的电流不能突然这一特性。

图8  输出整流电路

6、恒流电路

恒流电路是整个电路原理图的实质，如图8，是恒流电路的几个组成部分。

为了更清楚的说明恒流的工作，有必要重新认识这个U1。

图9  U1引脚说明

U1的每个引脚功能，8脚为MOS输入端，6脚是空脚，5脚外接的电容是振荡电容，直接决定了RC时间常数，就是充放电时间，一般充电MOS管是接通时间，放电是断开时间，4脚是电压检测脚，通过对4脚的电压值控制输出脉冲的占空比，3脚接地端，2脚是U1供电脚，第1脚外接的电阻和第5脚的电容组成了RC电路，给U1内部提供振荡源，脉冲的充放电时间常直接由这个电阻和电容决定。4脚外接的光耦PC817,另一端PC817和输出电路R4两端相并联， R7在这里是起到检测电流的作用，根据电压=电流*电阻的原理，电流越大，R4两端的电压就会越大，电压越大，那么并连到R4两端的PC817也会有电压并且开始导通，导通后副边的RV也会跟着导通，就是它内阻下降，这样一来第4脚的电压就会上升，上升以后与U1里面的基础电压相对比，然后会直接输出一个信号使MOS管提成关断，从而达到恒流目的。

图10  恒流电路

三、总结

LED驱动电源电路图和其他用电器电源电路一样，不同的是led驱动电源可能设计图会不一样，但它的输出电流是恒定的,理想的电路是无论LED的特性曲线怎么变化,驱动电源的电流保持不变. 这是LED的伏安特性决定。

审核编辑：汤梓红