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应用篇之一 LED的220V交流供电方案

应用篇之一  LED220V交流供电方案

                       

用热敏电阻MZD补偿法解决LED的恒流要求,在无线电杂志20081,2期刊分别做过原理阐述,提问解答。补偿后的LED成为电阻型灯泡,驱动电路就变得简单多了,仅需考虑电压匹配,应续者的要求,笔者将应用电路图,实样和制作注意事项,介绍给大家,共享动手做的乐趣,并给从事LED照明设计,研发人员提供参照。

一、LED

 

图一是4W LED 220V交流供电的基本电路。

图一

220V1A桥式整流后,接入由热敏电阻5A205LED/20mA组成的单元电路,共计12组。计算12组的工作电压U(3V+3.3V×5)×12234V,(式中3V是恒流用5A20的压降,3.3VLED的电压),计算电压U大于220V,可放心接入220V整流电源,接入后回路电流应在18~20mA之间,因LED的电压离散性较大,在3.0V~3.6V之间,如检测回路电流大于20mA,可增添一只LED或一只5A20电阻,将电流降下来,反之可减去一只LED,将电流升上去,该LED灯实耗功率4.5W,其中用于恒流的125A20,耗用0.72W,用于发光的60LED,耗用3.78W,电源转换效率达84%,整组灯亮度大于8W荧光灯。                      

关于220V桥式整流后未按常规并联虑波电介电容的说明:1.LED可用脉动电流驱动发光,桥式整流后的电流是每秒100个连续正弦波,过零时间非常短,不会感觉有频闪现象。2、并联电容后,虽对输出电流起平滑滤波作用,但对输出电压有1.1~1.4倍的提升作用,并联电容量的大小,和接入负载的大小等因素,使提升后的电压值很难正确计算,电路的空、满载输出电压也变化较大,与LED的工作电压较难配匹。3、电介电容常处于冲电放态状,其寿命远远低于LED,是一块致命的短板,在电子荧光灯的故障中,,电容击穿最属常见,综合以上原因,不用为宜。

关于未采用防瞬间高压和市电过电压保护措施的说明:1、瞬间高压有两类:操作浪涌、感应雷浪涌。采用热敏电阻补偿的LED电路是个电阻型负载,不是容性或感性负载,在操作时不会产生浪涌电压,无需采取保护措施,本驱动电路自身不会产生电磁噪声(采用AC/DC开关电源供电除外,见图五,图六),也不受电磁干拢,是个绿色光源,它频繁开关不会降低使用寿命(荧光灯就远不能相及)。防止供电线路感应雷浪涌的措施,一般常用氧化锌压敏电阻保护,实际上要匹配好相应等级的压敏电阻较困难,需用专业手段检测效果,所以笔者没有采用,一股电网安全系统自身有防范措施。2、市电220V充许有±7%波动,即204V~236V范围内变化,当电压低于220V时,LED是安全的,当高于220V时,笔者对图一电路做过反复试验,用调压器将220V提升到250V(提升13.6%),回路电流实测25mA,在LED的充许范围内,还是安全的。过电压大于250V时,如考虑防范成本太大或供电电网较规范,可以不采用防过压措施。总之,驱动电路不应成为制约价格的瓶颈,不要研发成家电,LED灯要走平民化路线。

图一基本电路简单,可靠,高效,具有实用性。

 

二、 LED 灯、杯

 

如将图一电路稍作改变,变成LED直流调光灯,见图二,

                              图二

晶体管三极管13002220K电位器(带开关)组合成调光电阻,当灯全亮时,回路电流20mA13002导通(压降0.7v)时近无功耗,当灯半亮时10mA130020.34W,当灯低亮时5mA130020.26W,该电路简单可靠,调光效果好,制作成本极低。如家中有白织灯调光台灯,按图三接法,无需改动双向可控硅调光电路,就可变成LED交流调光灯,更节电。见照片1

                                                            

                                      图三   

       

                           照片1

LED是冷光源,可选用色彩缤纷的塑料材料制成灯罩,做成情调各异的装饰杯灯、筒灯、台灯、床头灯。做杯灯、筒灯建议选用30度角聚光LED,有定向投光效果,做台灯、床头灯宜选用漫射光LED,如草帽灯,食人鱼,光线柔和。

 

            LED 灯、顶

 

做个室内日光灯或顶灯按图一电路,60LED相当8W荧光灯的亮度,明显不够,如并联成二路,用120LED,可相当16w荧光灯。并联成三路,用180LED,可相当25W荧光灯,以此类推。因用市电220V直接整流输出,电源内阻极小,可并联任意路灯,不会引起整流输出电压变化,仅需考虑整流管的承受电流。也可以不增加并联路数,选用30mA的高亮LED(如食人鱼)0.3W/100mALED,来达到提高亮度的需求。表一例出多种MZD单元电路,用积木式组合,满足各种需求的LED灯。

                                           表一

 

当顶灯的荧光灯管或电子镇流器坏了,可以借壳换个长寿的LED芯,应是个不错的办法。

 

四、大 LED 灯、庭

 

做个60W  LED路灯、庭灯见图四。

 

          

   图四

选用MZD-C300C350)与1W/300mA350mA)的LED组成的单元电路,共60组,计算串联后的工作电压U(0.5V+3.4V)×60234V,(式中0.5V是恒流用C300的压降,3.4V1W LED的电压),计算电压大于220V,可接入桥式整流电源,接入后检则回路电流,应在260~280mA为宜,再将电压提升到250V,观察电流应不大于320mA,若偏离较大,可增、减单元电路个数获得最佳电流。

MZD-C300(C350)热敏电阻专为1W/300mA(350mA) LED恒流没计,25,电流通过它时产生0.5V压降,当温度上升,阻值变大,压降随之上升+2mV/℃,刚好补偿LED-2mV/℃,使回路电流不因温度升降,始终恒定在300mA以下,考虑室外的环境恶劣,电路中增加电阻R和一个双金属片热保护器组成的热保护电路,热保护器型号选用TP1(17AM),要求额定电压250V,额定电流2.5A,带常闭触点一组,触点断开温度根据LED芯片的耐温度选择,例如进口LED耐温120的芯片己出现,一般芯片选择保护器的断开温度80(85)TP1的复位温度是低于断开温度20,当灯具内温度上升到80,常闭触点断开,R接入串联回路,限流开始,R的阻值选150Ω/5w时,回路电流降至175mA左右,200Ω/7w时,回路电流降至160mA,左右,可按实际情况选择R的阻值。限流开始后,灯具壳体温度随之下降,当温度下降到60以下时,常闭触点复位,R被短路,退出限流。保护器解决了恒流源无法解决的矛盾,恒流源虽能将LED的电流恒定在安全范围内,但由于环境恶劣或灯具散热状况不良,常引起高热不退,长时工作在80以上温区,也会引起LED光衰,当LED路灯未采取强冷措施时,这办法很实用,优点是简单可靠,低成本(TP1双金属热保护器2~3/),缺点是以降底亮度保护LED的安全,如果灯具有空间,利用热保护器的常开触点,驱动微型风扇排热降温,效果更好。

60W LED灯的制作需注意,,MZD-C300电阻是无引线贴片式,与LED的连接必须是在同一面散热基板上,焊在LED引出电极上,直接敏感每只LED的温升,恒流效果好,温度保护器TP1可贴在散热基板正面或反面,见照片2

             照片2   

做个180WLED街灯,可选用C3503W/700mA大功率LED的单元电路组合。

 

五、大 LED

 

60W180W LED灯加个双向可控硅交流调光电路(见图三交流调光),就成为舞台调光专用灯,LED除选白光,根据舞台需要,选用红光、绿光、黄光,交流调光器在开关电器市场上能买到成品,名称叫调速调光开关(15/), 500W 250V 它采用4A/400V的双向可控硅,完全可胜任。

 

六、选 LED

 

220V可采用AC/DC开关电源降压后驱动大功率LED灯,它转换效率高,体积小,恒压输出,是低压驱动大功率LED灯常用方案。

图五是二只C350并联后与3W/700mA LED组成的单元电路,3W LED电压应选3.5V,三组单元电路串联后的工作电压U(0.5V+3.5V)×312V

图五

图六的开关电源是一款摩托罗拉手机充电器,交流输入100V~250V,直流输出4.4V 1.1A可驱动三路由2C300串联后与1W/300mA  LED组成的单元电路,LED电压选3.5V,工作电压=0.5V×2+3.5V4.5V.

 

                图六

220V也可采用变压器降压整流后驱动大功率LED灯,应用见图七

      

                图七

变压器降压效率低,体积大,电源内阻大,3W6V的变压器,整流后输出电压空载时5.0V左右,满载时4.0V左右,空满载电压变化大,与LED工作电压不易匹配,因简单可靠,有时也选用。

 

(未完 请参阅电池供电应用篇之二)

 

 

 

 
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