阻容式LED电源的设计方法

简介：

家中的镜前灯歇菜了，正好手头有一根废弃的LED灯条，准备把它利用起来，需要为其设计一个衡流驱动器。网上有很多关于LED驱动器的设计方案，最简单的要数电容降压式的了， 本文着重介绍了该方案的设计计算方法。

设计方法：

手头这根灯条的灯珠从外形看应属2835型的。网上查此型号的灯珠，工作电压均在2.8-3.6V之间，但工作电流有30mA、60mA和150mA三种规格。 不知道我的是哪一规格，准备把它接到实验稳压电源上试一下。这根灯条的灯珠是2个一组并联后再串接起来的，总长120CM。按照镜前灯的尺寸，截取了其中78CM共2x21=42颗灯珠。 截下后刮掉末端漆层，露出两根铜皮焊上短接线。该灯条每30CM处有外露短接点，如果刚好截取30，60，90CM的话，就不用挂漆了。

将稳压电源的输出电流限制调到60mA（按最小规格30mA*2），逐步调高稳压电源的输出电压，当电压达到60.2V时，电流达到60mA，灯珠貌似正常发光了，但我不知道是否已满负额，点亮一段时间后去摸灯珠， 基本不觉得有温升。于是把电流调到120mA，（此时电压64.2V）再试，灯珠比之前更亮，一段时间后摸灯珠，感觉微微有些发热。估计这个就差不多了，没有继续测试2x150mA的情况，怕弄坏了。

驱动电路原理图如上，全桥选用4枚最普通的1N4007构建，其它各器件需要算一下参数。

首先确定C1取值：输入交流电源峰值为Vpin = 220*1.414≈310V，灯带工作电压为Vc2 ≈ 64V，因此C1上的峰值电压为Vpc1 = Vpin - Vc2 =310-64=246V。 假如C1为1uf，从0V充电到246V需要流过246uC电荷，耗时为50Hz交流电的1/4周期（5ms），因此电流均值为I = 246uC/5ms≈50mA，这个电流也就是流经灯带的电流大小，灯带需要120mA电流，因此C1=120/50=2.4uf，手头只有1uf/450V的电容，用了2个这样的电容并联。这样实际工作电流为2*50=100mA，功率约6W，电流略小于额定值有助于延长灯珠寿命 。

电阻R1用于释放C1上的电荷，以免电到维修人员，取值没太大考究，不超电阻额定功率就行，我们使用了一枚910K的1/8W电阻。

再确定C2上允许的最高电压Vc2_max， 查阅灯珠数据手册，其最大耐受电流为其额定值的2倍，也就是说，我的灯条可通过2*120=240mA电流而不至于损坏（当然不能长期这样工作）。从上面的测试数据可以看出，灯带电流从60mA升到120mA，对应电压从60.2升到64.2V，也即15mA/V，由于LED导通时，伏安特性基本是一条直线，可以推算电流上升到240mA， 电压应该是Vc2-max = 60.2+（240-60）/15=72.2V.也就是说，任何时候，C2上的电压不能超此值。

如果电源线上出现一个浪涌电压，使得C1上的电压从正常状态的310V升到其耐压允许的450V。则需要向C1充电量为（450V-310V） * 2uF = 280uC.C2也在充电回路上，因此C2也被充上等量电荷，为确保C2上的电压不超Vc2_max， C2的容量不小于280uc/（72.2 - 64.2） = 35uF。C2除了用于吸收浪涌电压，也能对50Hz交流电流起到平抑作用，使流过灯带的电流均匀些，我用了3枚470uf/35V的电解串联成一个157uf/105V的电容，因为手头只有这些器件，这其实有些浪费。

最后需要确定R2取值，由于R2上正常工作电流即为100mA，用一个10ohm，1/8W电阻，功耗≈0.1*0.1*10=0.1W，没有超出电阻功率限额，严格地讲，R2上流过不是平稳的直流，功率不能这样计算，但这样算出入不会太大。C1，C2确定后，R2的取值决定了系统能够承受浪涌电压的幅度和时间。取值越大，抗浪涌能力越强，但功耗也随之增大。 实际电路中我用了5枚10ohm电阻串成50ohm，总功耗0.5W，这样，整体效率为6W/（6W + 0.5W） = 92%。这样能够承受的浪涌冲击为280uc * 50ohm=14000微秒伏特（eg:500V浪涌持续28us）。

以下为洞洞板搭建的实物，在卫生间用，湿度较大，表面喷了三防漆。

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