LED节能灯电路图之一

Led节能灯电路图（一）

LED通用照明应用及发展前景

LED除了广泛应用移动设备、中大尺寸液晶显示屏

（ LCD）背光及 LED标牌等领域外，如今也在越来越多地用于 LED汽车内部 / 外部照明，如前照灯、雾灯、尾灯、停车灯、仪表盘背光、车顶灯、阅读灯和氛围灯等，以及住宅照明和建筑物装饰照明等 LED通用照明。

LED通用照明应用覆盖范围广，低至 3W到 15W的 LED住宅照明，中等功率有如 15W至 75W 的商业及建筑物装饰性照明，高至 75W到 250W的户外及基础设施照明，典型照明产品有如 MR16/GU10灯、 E27/A19灯泡、镇流器、筒灯、 T8 灯管、街灯等。

LED通用照明应用极具发展前景。各种 LED通用照明灯具中，近期来看，LED灯泡（如A19 LED灯泡）的发展势头惊

人。据统计，2012 年全球 LED灯泡出货量达 7。35 亿只，2013年增长到 12。25 亿只； 2014年迎来 LED灯泡市场的引爆点， 2015年 LED灯泡平均价格将会降至 10美元以下，出货量预计将进一步增长至 39 亿只左右。

高能效驱动器是 LED通用照明的重点

要将 LED照明的节能功能发挥至最高，就需要高能效的LED驱动器。我们以 LED灯泡为例，典型的 LED灯泡包含LED阵列、驱动电路、散光罩、散热片和螺旋灯头等主要组件，见图 2 的左半部分。就驱动电路而言，高能效 LED驱动器 IC无疑是其中的重点。图 2 的右半部分显示了典型的LED灯泡驱动电路，其中使用的是典型的独立式 LED驱动器。

要发挥 LED通用照明的高能效优势， LED驱动器存在多重挑战。首先就是能效至关重要。以 LED灯泡为例，其形状固

定，散热受限，采用高能效 LED驱动器则可帮助将更多电能转化为光能，帮助散热。其次， LED灯泡空间有限，需要更大的散热片面积，较大功率的灯泡尤为如此。此外， LED正在迅速变化，提供多种选择，这对 LED驱动器的选择也构成了挑战。由于 LED灯泡空间有限，故须减小驱动电子电路的尺寸以使剩余空间增多，配合散热。 LED通用照明涵盖不同功率等级，故须优化 LED驱动器选择，以配合不同照明及功率要求。出于安规、 LED选择等因素，设计人员还须考虑是采用隔离还是非隔离拓扑结构，由此也影响到 LED驱动器的选择。

利用半导体配合 LED通用照明的驱动器方案

安森美半导体，是 LED 照明高能效的器件之一，适应于移动设备、 LCD背光、 LED标牌、汽车及通用照明等方面。利用其宽广阵容的模拟电源 IC 、分立器件及先进微封装，提供高能效的 LED模块驱动器方案。

半导体能用于低功率 LED通用照明应用的驱动器包括NCL30000、 NCL30002及 NCL3008x系列等。其中，NCL30000是单段式功率因数校正（ PFC）、支持 TRIAC调光的 LED驱动器，采用次级端控制器，支持反激/降压/降压-升压等拓扑结构。 NCL30002也是单段式功率因数校正 LED驱动器，支持降压拓扑结构，提供± 3%的电流容限。NCL3008x 系列目前包括 NCL30080、NCL30081、NCL30082和 NCL30083等器件，

是新推出的高能效准谐振控制器，用于低功率 LED照明应用。

NCL3008x系列采用初级端稳流（ Primary Side Regulation ）技术（也称初级端控制或原边控制）这种新颖的控制方法，省去次级端控制电路及光耦，能够精确地从初级端对 LED电流进行恒流稳流，帮助简化 PCB布线、节省电路板空间、提升能效，并简化安全分析（见图 3 左）。此外，它还具有高稳流精度、支持宽正向压降（Vf ）范围、低电磁干扰（ EMI）及集成强固保护特性等众多优势。这系列器件提供 0。8 至 0。9 的功率因数，符合美国“能源之星”对功率大于 5W 的 LED灯泡在功率因数方面的要求

（ PF》 0。7）。

基于 NCL30082的紧凑型 A19 LED灯泡的参考设计（见图2 右侧）。这参考设计优化用于隔离反激或非隔离降压 - 升压拓扑结构，优化用于 10WL ED照明应用。它采用谷底填充PFC来满足“能源之星”功率因数高于 0。7 的要求。 PCB 及元件的尺寸目标是 22x60mm柱体。测试显示，此参考设计提供高能效、高功率因数及高稳流精度。

而在中等功率及大功率 LED照明方面，既包含单段式及组合控制器，也包含传统的两段式（ PFC段 +DC-DC段）控制器，覆盖从 15W至 400W的宽广功率范围，如图 4 所示。

从图 4中可以看出，在中等功率 LED通用照明应用中，可以采用 NCL30000及 NCL30001 这样的单段式功率因数校正LED控制器；而在功率更大的应用中，可以采用 NCL30051和NCP1910这样的高能效组合控制器。以 NCL30051为例，这是一款功率因数校正（ PFC）及谐振半桥组合控制器，优化用于离线 LED照明应用，能够为降压 DC-DC转换器 /LED 驱动器提供恒定电压。这器件集成了一个临界导电模式（CrM）

PFC控制器及一个半桥谐振控制器，并内置 600V 驱动器，

针对离线电源应用进行了优化， 具备了所有实现高能效、 小外形因数 设计所需的特性。

除了上述单段式方案，还可以根据应用需求选择传统的两段式

PFC 段 +DC-DC 转换段）方案。具体而言， PFC 段可选用的控

制器包 括 NCP165、3NCP163、1NCP1611/NCP161及2 NCP1608等。其中，NCP1611 /2 是增强型高能效 PFC 控制器，基于创新的电流控制频率反走 （ CCFF ） 架构，在 PFC 电感电流超过设定值时， 电路通常工作在临界导电模式 （CrM ），而当电流低于预设值时，将开关频率线性降低至约 20kHz ，

此时电流为

零。 CCFF架构同时将额定负载工作能效和轻载能效提升至最高，特别是将待机损耗降至最低等典型应用包括可用于平板电

视、一体式计算机和大功率电源适配器，以及 LED照明电源

及驱动器、可调光荧光灯镇流器等。

在 DC-DC段，可以选用的器件包括 NCP139、8 NCP138、0 NCP1288

和 NCL30105等。

智能 LED照明的优势及发展预测

正在兴起的 LED智能照明是 LED通用照明市场的另一个重点，也是重要发展方向。所谓“智能照明”，往往结合了智能可调光 LED驱动器、无线接收器、红外接收器、环境光传感器及无源红外占用情况传感器等。

LED智能照明将使 LED更易于控制及调光。 LED智能照明电子电路中将增强多种新功能，如结合占用情况传感器或环境光传感器来配合调光控制及省电等。例如，内置占用情况传感器可用于检测及确定照明区域是否有人，一般用于房间

入口或出口，能够进行安全地照明

控制及省电。这类传感器大多数使用的是无源红外（ Ir）传感器，其它的传感器选择包括超声波及运动传感器等。

图 5：智能 LED 照明集成了多种新功能

此外，电子电路中采用硅光电传感器，可用于不同应用，如测量环境光以采集日光，以及用于感测灯具光输出来进行

LED 照明控制等。典型的环境光传感器有带线性输出的 NOA1211/2 及带双

输出的

NOA1305 等。环境光传感器配合户外（黄昏 /黎明）及室内（日光采集）调光，因而节能。透过闭环控制 LED光源，可以调节不同温度及时间条件下的特定光输出。此外，带 LED 输出光反馈的恒定光输出调节能节省及延长驱动器使用寿命。

智能照明也将更灵活，可以使用低能耗的无线接口，如

IrDA 红外、 Zigbee 及低能耗蓝牙（ Bluetooth LE ），无

需改变开关或线缆。但这要求无线控制标准就位，如 Zigbee

Light Link 等。

LED驱动器 IC 要配合 LED“智能”照明，其设计必须能

够轻易地配合模拟及数字（即 PWM）调光。例如， NCL30082

LED控制器配合智能调光接口，能以单个控制引脚进行模拟调

光、数字调光，或是同时进行模拟与数字调光，提供 0 至

100%的宽调光范围。这器件易于连接模拟传感器或微控制器

（ MCU）通用输入 / 输出端口（ GPIO），增强了设计灵活

性。

在这些技术的配合下，智能 LED灯泡及 LED模块即将出

现。通过结合标准化的无线控制技术、以太网及因特网，人们有望使用智能手机远程控制 LED灯泡。新的方案还能解决热管理、光学及模块化 / 替代问题。

单片机控制电路由 ATMEL公司的 ATmega8L型单片机、滤波电容和 A／D 转换电路构成，用于采集加速度传感器信号，将采集到的信号与预先设置的阈值相比较，控制发光二极管的闪烁，如上图所示。 ATmega8L每个端口引脚都有 3个寄存器位：DDxn、PORTxn和 PINxn。 DDxn 位于 DDRx寄存器，PORTxn位于 PORTx寄存器，PINxn位于 PINx 寄存器。DDxn用于选择引脚方向， DDxn为“1时”， Pxn设置为输出，否则设置为输入。当引脚置为输入时， PORTxn为“1，”上拉电阻使能。如果需要关闭该上拉电阻，可将PORTxn清零，或者将该引脚置为输出。复位时各引脚为高阻态，即使此时并没有时钟在运行。当引脚配置为输出时，若PORTxn为“1，”引脚输出高电平，否则输出低电平。

ATmega8L判断和处理加速度传感器 MMA1260D 测得的信息，若能满

足条件则通过 PD0、 PD1、 PD2 引脚产生 3 路信号施加到 3 个继电器

依次对内、中、外三圈的 LED灯进行点亮与熄灭控制。若不满足条件，则 ATmega8L不输出信号。

简易 38 珠灯环电路

下面是一款 LED 灯杯的简单实用电路图， 该灯使用 220V 电源供 电，220V 交流电经 C1 降压电容降压后经全桥整流再通过 C2 滤波后 经限流电阻 R3给串联的 38 颗 LED 提供恒流电源。 LED 的额定电流 为 20mA ，但是我们在制作节能灯的时候要考虑很多方面的因素对 LED 的影响，包括光衰和发热的问题， 我们在做这种灯的时候因为 LED 的 安装密度比较高，热量不容易散出， LED 的温度对光衰和寿命影响很 大，如果散热不好很容易产生光衰，因为 LED 的特性是温度升高电 流就会增大， 所以一般在做大功率照明时散热的问题是最

重要的，将影响到 LED的稳定性，小功率一般都采取自散热方式，所以在电路设计时电流不宜过大。图中 R1 是保护电阻， R2是电容 C1的卸放电阻， R3是限流电阻防止电压升高和温度升高 LED的电流增大， C2 是滤波电容，实际在LED电路中可以不用滤波电路， C2 是用来防止开灯时的冲击电流对 LED 的损害，开灯的瞬间因为 C1 的存在会有一个很大的充电电流该电流流过 LED将会对 LED产生损伤，有了

C2 的介入，开灯的充电电流完全被 C吸收起到了开灯防冲击保护。该电路是小功率灯杯最实用的电路，占用体积小可以方便的装在空间较小的灯杯里，现在被灯杯产品广泛的采用。优点 :恒流源，电源功耗小，体积小，经济实用。但是在设计时降压电容要采用耐压在 400V以上的涤纶电容或 CBB 电容，滤波电容要用耐压 250v 以上。此电路适合驱动

L

S S i Γr

w T

O Kj

LED 灯驱动电路

14

9

GND

D6

?IA 浹匝线径二二 池线

径O 瀬

电阻全部是OhV

220L i

交说 10 CGS 为克径环 EE-19为19 mm?S 芯 f 町匝銭径:邈嫁线 N2-3S 线径〔；査缘线 N3-S ?錢径X 绝嫖线

其他电子元件严格按电路閔上标称值 只要接线不错就非常稳定的工作

Hr

03 2kV

=≡

GN ?

?B U 25C V

rM ι

1 GNE

GDD

没有负载时空我（交说 输

入）电流小于WiA 辭出:AW （交流输入）电 蛊小于蚣nA

Ied 灯的驱动电源原理电路图

4 3 2 1

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7μF∕63

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AGND PGND

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NSnO240P2 1 μF∕S0

V

GND ?—t-

NCP5890设计的LED灯电路图GND

IN4007

0.47μ250V

R3

C3：

OlU

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I5V

R2 ---------------

Iok C2 上

47μ35V

G

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1

9

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L F D变色灯电

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