LED恒流源电路图

作为大功(gong)率(lv)电(dian)源家族的新成员之一，LED恒(heng)流驱动电(dian)源是国内照明(ming)、家居等领域中(zhong)的应用新星，对电(dian)路(lu)设计(ji)的可靠(kao)性要求也(ye)非(fei)常高。在(zai)今天(tian)的文章中(zhong)，我(wo)们(men)将(jiang)会就(jiu)一种高效、安全的LED恒(heng)流驱动大功(gong)率(lv)电(dian)源的电(dian)路(lu)设计(ji)过程进行详解和分析。

在(zai)该LED大功率电源的设计方案(an)中，其电源主电路的设计图如下图图1所示(shi)：

图(tu)1 LED恒流驱动(dong)大功率电(dian)源电(dian)路(lu)图(tu)

隔离反激式开关电源电路设计

在了(le)解(jie)了(le)这一LED恒流(liu)(liu)驱(qu)动电源(yuan)(yuan)的(de)(de)电路(lu)图后，接下来我们首先(xian)来看一下在该电源(yuan)(yuan)方案的(de)(de)设(she)计中，应(ying)该如(ru)何进(jin)行隔离反激(ji)式开关(guan)电源(yuan)(yuan)电路(lu)的(de)(de)设(she)计。在该大功率电源(yuan)(yuan)的(de)(de)设(she)计方案中，隔离反激(ji)式电源(yuan)(yuan)的(de)(de)拓扑结构典型电路(lu)如(ru)图2所示。从图2中可以看到，当开关(guan)管(guan)VT1导(dao)通时(shi)，高频变(bian)压(ya)(ya)器T一次绕组(zu)(zu)(zu)的(de)(de)感应(ying)电压(ya)(ya)为上正下负(fu)，由(you)于变(bian)压(ya)(ya)器的(de)(de)初级(ji)(ji)绕组(zu)(zu)(zu)和(he)次级(ji)(ji)绕组(zu)(zu)(zu)的(de)(de)同名端相反，此时(shi)次级(ji)(ji)绕组(zu)(zu)(zu)的(de)(de)整流(liu)(liu)二极管(guan)VD1处于截止(zhi)状态，初级(ji)(ji)绕组(zu)(zu)(zu)储存能量(liang)(liang)。当开关(guan)管(guan)VT1截止(zhi)时(shi)，变(bian)压(ya)(ya)器初级(ji)(ji)绕组(zu)(zu)(zu)储存的(de)(de)能量(liang)(liang)通过(guo)次级(ji)(ji)绕组(zu)(zu)(zu)和(he)VD1。整流(liu)(liu)和(he)电容C1，滤波(bo)后向负(fu)载输出。

从这(zhei)(zhei)种隔(ge)离(li)反激式开关电(dian)(dian)源电(dian)(dian)路(lu)的运行模式中可以得出(chu)结论，电(dian)(dian)源变(bian)压(ya)器(qi)在这(zhei)(zhei)个电(dian)(dian)路(lu)中有(you)两(liang)个作用，即：当开关管(guan)导通(tong)时(shi)，变(bian)压(ya)器(qi)储存能(neng)量。当开关管(guan)截止(zhi)时(shi)，变(bian)压(ya)器(qi)通(tong)过磁(ci)芯将能(neng)量传递给次级绕组，供(gong)给负载(zai)。这(zhei)(zhei)种拓扑结构(gou)的输出(chu)功率一般在100w以内，且(qie)有(you)较(jiao)好的电(dian)(dian)压(ya)调整率，如果(guo)需要精密控(kong)制输出(chu)电(dian)(dian)流，可以在输出(chu)回路(lu)串(chuan)联采样电(dian)(dian)阻通(tong)过光(guang)耦反馈(kui)实现初级绕组和次级绕组的隔(ge)离(li)。

图2 隔(ge)离(li)反激(ji)式开(kai)关电源电路

开关变压器的选择与设计

与其(qi)他的(de)(de)(de)(de)开(kai)(kai)关(guan)电(dian)(dian)(dian)源(yuan)一样，LED恒流驱动电(dian)(dian)(dian)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)变压器设计也(ye)同样是整个(ge)方(fang)案(an)的(de)(de)(de)(de)核心所在(zai)，这种反激式的(de)(de)(de)(de)开(kai)(kai)关(guan)变压器在(zai)电(dian)(dian)(dian)路中(zhong)起到两个(ge)作用：储能电(dian)(dian)(dian)感，当(dang)开(kai)(kai)关(guan)管导(dao)通时(shi)，初(chu)(chu)(chu)级(ji)(ji)绕(rao)组(zu)开(kai)(kai)始(shi)储存能量(liang)；当(dang)开(kai)(kai)关(guan)管截止时(shi)，初(chu)(chu)(chu)级(ji)(ji)绕(rao)组(zu)储存的(de)(de)(de)(de)能量(liang)通过磁芯传递给次级(ji)(ji)绕(rao)组(zu)。因此，该(gai)(gai)设计对于电(dian)(dian)(dian)感主要考虑(lv)的(de)(de)(de)(de)是是初(chu)(chu)(chu)级(ji)(ji)绕(rao)组(zu)的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)感量(liang)和各绕(rao)组(zu)之间的(de)(de)(de)(de)匝(za)(za)数(shu)(shu)(shu)比。在(zai)计算(suan)这两个(ge)参数(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)同时(shi)，也(ye)涉及到电(dian)(dian)(dian)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)输入(ru)功(gong)率(lv)、输出功(gong)率(lv)、效率(lv)和开(kai)(kai)关(guan)频率(lv)等(deng)问(wen)题。在(zai)该(gai)(gai)LED大(da)功(gong)率(lv)电(dian)(dian)(dian)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)设计方(fang)案(an)中(zhong)，整个(ge)电(dian)(dian)(dian)路的(de)(de)(de)(de)最大(da)占空比为(wei)(wei)45%，效率(lv)预计为(wei)(wei)85%，输出功(gong)率(lv)为(wei)(wei)40×0.35—14w，开(kai)(kai)关(guan)频率(lv)为(wei)(wei)60kHz，经过理论计算(suan)并考虑(lv)裕(yu)量(liang)，本设计初(chu)(chu)(chu)级(ji)(ji)绕(rao)组(zu)的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)感数(shu)(shu)(shu)值取(qu)1.5mH。根据(ju)测试结果，变压器的(de)(de)(de)(de)磁芯系数(shu)(shu)(shu)为(wei)(wei)88.7μH，所以(yi)有初(chu)(chu)(chu)级(ji)(ji)绕(rao)组(zu)的(de)(de)(de)(de)匝(za)(za)数(shu)(shu)(shu)为(wei)(wei)130匝(za)(za)。

在(zai)本方(fang)案中，我们采用的(de)是(shi)基于最大(da)占空比(bi)的(de)方(fang)法(fa)来确(que)定变(bian)压(ya)器(qi)(qi)匝(za)(za)(za)数比(bi)。经过公式计(ji)算(suan)，当电(dian)源加到负载的(de)电(dian)压(ya)40V时(shi)，再考虑输出(chu)二(er)极管的(de)压(ya)降0.6V。则变(bian)压(ya)器(qi)(qi)的(de)匝(za)(za)(za)数比(bi)为0.45，这里计(ji)算(suan)出(chu)来的(de)结果是(shi)匝(za)(za)(za)数比(bi)N的(de)最小值。根据(ju)电(dian)感量的(de)要求，初(chu)级绕组已经确(que)定为130匝(za)(za)(za)，则次级绕组的(de)匝(za)(za)(za)数为58.5匝(za)(za)(za)，为了方(fang)便(bian)绕制，可将匝(za)(za)(za)数取(qu)为60匝(za)(za)(za)，匝(za)(za)(za)数比(bi)N为0.46，对于反激式开关电(dian)源，最大(da)占空比(bi)小于50%时(shi)，系统是(shi)固有稳定的(de)，不(bu)用增加补偿电(dian)路。

功率因数校正电路设计

由于LED恒流驱动电(dian)(dian)源的电(dian)(dian)路中(zhong)经(jing)常采(cai)(cai)用(yong)电(dian)(dian)感和电(dian)(dian)容等(deng)元件，因(yin)此很容易引起相位漂(piao)移，所以功(gong)率因(yin)数(shu)比较低，一般(ban)不会超过(guo)0.6，这就需要工程师采(cai)(cai)用(yong)相应的措施来提(ti)高(gao)电(dian)(dian)路中(zhong)的功(gong)率因(yin)数(shu)。在该设计方案中(zhong)，我们所采(cai)(cai)用(yong)的是平衡(heng)半(ban)桥(qiao)补(bu)偿电(dian)(dian)路法，来提(ti)升电(dian)(dian)路中(zhong)的功(gong)率因(yin)数(shu)，其电(dian)(dian)路原理如图3所示。

图3 平衡半桥补偿电路图

在使用了(le)平衡半桥补(bu)偿电(dian)路进行功率因(yin)数补(bu)偿设置(zhi)后，该(gai)电(dian)路中的电(dian)容(rong)C1和C2采用10μF/400V的电(dian)解电(dian)容(rong)，两电(dian)容(rong)参数相同(tong)，通(tong)过电(dian)容(rong)的充放电(dian)作用，能够增(zeng)加导(dao)通(tong)角，在正半周(zhou)期可以将(jiang)导(dao)通(tong)角扩展到30°至150°在负半周(zhou)期可拓(tuo)展到210°至330°。因(yin)此通(tong)过该(gai)电(dian)路可以将(jiang)功率因(yin)数从0.6提高到0.85-0.9。

以(yi)上就是本文针(zhen)对LED恒流驱动(dong)大功率电源的电路设计过程，所进(jin)行的简要分析和介绍，希(xi)望(wang)能够(gou)对各位设计研发人(ren)员(yuan)的工作有所帮助。

LED驱动芯片(pian)，实际上(shang)是个PWM控(kong)制(zhi)芯片(pian)，在组成电(dian)(dian)(dian)路正常工作后(hou)，通过后(hou)面电(dian)(dian)(dian)流检(jian)测电(dian)(dian)(dian)阻上(shang)检(jian)测LED的(de)电(dian)(dian)(dian)流而(er)得(de)(de)到的(de)电(dian)(dian)(dian)压反馈(kui)到芯片(pian)，控(kong)制(zhi)内部的(de)PWM占空比(bi)，以适应(ying)LED自身特(te)性变化而(er)引起的(de)电(dian)(dian)(dian)流、电(dian)(dian)(dian)压波动，使LED得(de)(de)到的(de)电(dian)(dian)(dian)流保持恒定。

LED驱动器原理与作用

LED驱(qu)动(dong)器(qi)是(shi)指驱(qu)动(dong)LED发光(guang)或(huo)LED模块(kuai)组件(jian)(jian)正(zheng)常工(gong)作(zuo)的电(dian)(dian)源(yuan)调整(zheng)电(dian)(dian)子(zi)器(qi)件(jian)(jian)。由于LED PN结(jie)的导通(tong)特(te)性决定，它能(neng)适应的电(dian)(dian)源(yuan)的电(dian)(dian)压和电(dian)(dian)流变动(dong)范(fan)围十分(fen)狭窄，稍许偏离就可(ke)能(neng)无法点亮LED或(huo)者发光(guang)效(xiao)率严重降(jiang)低，或(huo)者缩短使用寿命甚至烧毁(hui)芯片。现行的工(gong)频电(dian)(dian)源(yuan)和常见的电(dian)(dian)池电(dian)(dian)源(yuan)均不(bu)适合直接供给(ji)LED，LED驱(qu)动(dong)器(qi)就是(shi)这(zhei)种可(ke)以驱(qu)使LED在最佳电(dian)(dian)压或(huo)电(dian)(dian)流状(zhuang)态下(xia)工(gong)作(zuo)的电(dian)(dian)子(zi)组件(jian)(jian)。

1、由于LED是(shi)特性敏(min)感的(de)半导体器(qi)件，又具有负(fu)温度特性，LED驱动电源（也叫驱动器(qi)）就是(shi)在应用过程中对其进行(xing)稳定工(gong)作状态(tai)的(de)保(bao)护。

2、LED器(qi)件对驱动电(dian)源(yuan)的(de)(de)(de)要(yao)求近乎(hu)于苛刻，LED不(bu)像(xiang)普通的(de)(de)(de)白炽灯泡，可以直接(jie)连接(jie)220V的(de)(de)(de)交流(liu)市电(dian)。LED是低电(dian)压驱动，必须要(yao)设计(ji)复杂(za)的(de)(de)(de)变(bian)换电(dian)路，不(bu)同用(yong)途(tu)的(de)(de)(de)LED灯，要(yao)配(pei)备(bei)不(bu)同的(de)(de)(de)电(dian)源(yuan)适配(pei)器(qi)。设计(ji)一款好(hao)(hao)的(de)(de)(de)电(dian)源(yuan)必须要(yao)综合考虑效(xiao)率转换、有(you)效(xiao)功率、恒流(liu)精(jing)度、电(dian)源(yuan)寿(shou)命、电(dian)磁(ci)兼容(rong)这些因(yin)数，因(yin)为电(dian)源(yuan)在整个灯具中的(de)(de)(de)作用(yong)就(jiu)好(hao)(hao)比像(xiang)人的(de)(de)(de)心脏一样重要(yao)。

联(lian)系方式：邹先生

联(lian)系电话(hua)：0755-83888366-8022

手机：18123972950

QQ：2880195519

联系地(di)址：深圳市(shi)福田区车(che)公(gong)庙天(tian)安数码城天(tian)吉大厦CD座(zuo)5C1

请搜微信公众号:“KIA半导体”或扫一扫下图“关注”官方微信公众号

请(qing)“关注”官方(fang)微信公众号:提供(gong)  MOS管  技术帮(bang)助