驱动LED的CFL镇流器电路设计

思路：设计者用CFL（紧凑式荧光灯）中的镇流器IC（如国际整流器公司的IR53HD420）来加热灯丝、点亮灯泡，为电灯提供电流（参考文献1）。本设计实例是如何用CFL镇流器IC驱动LED，而不是驱动CFL。镇流器IC基本上就是一个用于脱机运行的自振半桥。它通常工作在320VDC，其功率大致相当于 230VAC主整流器或一个120V的倍压器。IC产生一个振幅为320Vp-p的方波电压，频率为数十千赫兹。
                                                              

通常情况下，这个方波电压连接到串联的CFL灯管和限流电感L1（图1）。加上一只并联电容并使用LC谐振器，就可以加热、点亮灯管，并为之提供电流。这种方案可以正常工作，因为CFL管在关闭时有高阻抗，而在工作时有低阻抗。灯管的电压一般是150Vp-p。
　　将数只LED串联，然后连接到一个桥式整流器上，就可以模仿一个CFL，至少是在点亮状态。对关闭状态的模仿不太重要，因为LED不需要点火过程。对于给出的RT和CT值，整流桥运行在70kHz。电路可为64只LED提供大约80mA电流。在机器视觉系统中，红外LED用于照亮CCD相机的视场。本电路的原型使用了从一只损坏的CFL上拆下的2.7mH电感。
　　LED电流由直流电流和一个小的纹波电流构成；为获得LED的高效率和长寿命，要保持纹波电流尽量低。LED制造商通常要求数个百分点的值。这样低纹波电流可能用一只电解电容C5难以实现，如额外并联一只金属箔电容C4就足以应付多数情况下的运行。LED整流器输入端的电压在一个振荡周期内基本稳定，因此电感电流为一个三角波形状，这有利于EMC（电磁兼容）。LED平均电流的公式为：ILEDAVG=(1/2×VDC-N×VFLED)/(4×f×L1)，其中VDC是供电电压，N是串联的LED数量，VFLED是LED的正向电压，f是振荡频率，而L1是限流电感的值。
　　

 改进： 图2中的电路通过增加C6、D5、D6和T1作补充，T1绕在一个EPCOS EP13线圈架上，它采用T38材料的无隙EP13骨架，电感为7000nH。初级绕组和次级绕组均用0.2mm线绕90匝，次级绕组绕在初级绕组的上面。杂散电感在这种情况下并不重要，初级绕组和次级绕组的电感值均为50mH。图2电路比图1电路有一些优点，例如，图1中镇流IC的供电电流必须流经R1，再进入IR53HD420，此时它被箝位在15.6V。在高于6mA供电电流时，R1功耗超过2W。在图2中，R1可以取更高的值，因为它只要提供一个小的启动电流。启动以后，一个由C6、D5和D6组成的电荷泵为VCC提供充足的电流，使内部齐纳二极管箝位到15.6V。电荷泵的设计公式为ISUPPLY(AVG)=f×C62×VDC-15.6V。R1的功耗可稳定在0.25W以下。
                                                                                        

另外，图1 中LED的总正向电压必须小于供电电压的一半。对图2中的电路，通过调整变压器绕组比，可以根据需要尽可能多地连接LED，只要不超过元件的额定值（LED电压甚至可以高于VDC）。图1电路有一个不太明显的问题，即整流桥的全电压摆幅出现在LED串的两端。采用图2的变压器，可以将LED串的任一端直接接地，或通过电容接地。现在，就可以使用长电缆，方便地将LED与电子设备分离开来。