驅(qū)動(dòng)LED的CFL鎮(zhèn)流器電路設(shè)計(jì)

思路：設(shè)計(jì)者用CFL（緊湊式熒光燈）中的鎮(zhèn)流器IC（如國際整流器公司的IR53HD420）來加熱燈絲、點(diǎn)亮燈泡，為電燈提供電流（參考文獻(xiàn)1）。本設(shè)計(jì)實(shí)例是如何用CFL鎮(zhèn)流器IC驅(qū)動(dòng)LED，而不是驅(qū)動(dòng)CFL。鎮(zhèn)流器IC基本上就是一個(gè)用于脫機(jī)運(yùn)行的自振半橋。它通常工作在320VDC，其功率大致相當(dāng)于 230VAC主整流器或一個(gè)120V的倍壓器。IC產(chǎn)生一個(gè)振幅為320Vp-p的方波電壓，頻率為數(shù)十千赫茲。

通常情況下，這個(gè)方波電壓連接到串聯(lián)的CFL燈管和限流電感L1（圖1）。加上一只并聯(lián)電容并使用LC諧振器，就可以加熱、點(diǎn)亮燈管，并為之提供電流。這種方案可以正常工作，因?yàn)镃FL管在關(guān)閉時(shí)有高阻抗，而在工作時(shí)有低阻抗。燈管的電壓一般是150Vp-p。
　　將數(shù)只LED串聯(lián)，然后連接到一個(gè)橋式整流器上，就可以模仿一個(gè)CFL，至少是在點(diǎn)亮狀態(tài)。對(duì)關(guān)閉狀態(tài)的模仿不太重要，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/LED">LED不需要點(diǎn)火過程。對(duì)于給出的RT和CT值，整流橋運(yùn)行在70kHz。電路可為64只LED提供大約80mA電流。在機(jī)器視覺系統(tǒng)中，紅外LED用于照亮CCD相機(jī)的視場(chǎng)。本電路的原型使用了從一只損壞的CFL上拆下的2.7mH電感。
　　LED電流由直流電流和一個(gè)小的紋波電流構(gòu)成；為獲得LED的高效率和長壽命，要保持紋波電流盡量低。LED制造商通常要求數(shù)個(gè)百分點(diǎn)的值。這樣低紋波電流可能用一只電解電容C5難以實(shí)現(xiàn)，如額外并聯(lián)一只金屬箔電容C4就足以應(yīng)付多數(shù)情況下的運(yùn)行。LED整流器輸入端的電壓在一個(gè)振蕩周期內(nèi)基本穩(wěn)定，因此電感電流為一個(gè)三角波形狀，這有利于EMC（電磁兼容）。LED平均電流的公式為：ILEDAVG=(1/2×VDC-N×VFLED)/(4×f×L1)，其中VDC是供電電壓，N是串聯(lián)的LED數(shù)量，VFLED是LED的正向電壓，f是振蕩頻率，而L1是限流電感的值。
　　

改進(jìn)：圖2中的電路通過增加C6、D5、D6和T1作補(bǔ)充，T1繞在一個(gè)EPCOS EP13線圈架上，它采用T38材料的無隙EP13骨架，電感為7000nH。初級(jí)繞組和次級(jí)繞組均用0.2mm線繞90匝，次級(jí)繞組繞在初級(jí)繞組的上面。雜散電感在這種情況下并不重要，初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的電感值均為50mH。圖2電路比圖1電路有一些優(yōu)點(diǎn)，例如，圖1中鎮(zhèn)流IC的供電電流必須流經(jīng)R1，再進(jìn)入IR53HD420，此時(shí)它被箝位在15.6V。在高于6mA供電電流時(shí)，R1功耗超過2W。在圖2中，R1可以取更高的值，因?yàn)樗灰峁┮粋€(gè)小的啟動(dòng)電流。啟動(dòng)以后，一個(gè)由C6、D5和D6組成的電荷泵為VCC提供充足的電流，使內(nèi)部齊納二極管箝位到15.6V。電荷泵的設(shè)計(jì)公式為ISUPPLY(AVG)=f×C62×VDC-15.6V。R1的功耗可穩(wěn)定在0.25W以下。

另外，圖1 中LED的總正向電壓必須小于供電電壓的一半。對(duì)圖2中的電路，通過調(diào)整變壓器繞組比，可以根據(jù)需要盡可能多地連接LED，只要不超過元件的額定值（LED電壓甚至可以高于VDC）。圖1電路有一個(gè)不太明顯的問題，即整流橋的全電壓擺幅出現(xiàn)在LED串的兩端。采用圖2的變壓器，可以將LED串的任一端直接接地，或通過電容接地。現(xiàn)在，就可以使用長電纜，方便地將LED與電子設(shè)備分離開來。