三相輸入大功率LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)

方曉敏+胡敬慰

摘 要：針對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源功率小，含有電解電容限制LED光源壽命，文章設(shè)計(jì)了一種三相輸入大功率LED驅(qū)動(dòng)電源，包括主電路及控制電路；控制電路包括用于驅(qū)動(dòng)主電路中開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路、用于控制驅(qū)動(dòng)電路的PWM產(chǎn)生電路，以及用于進(jìn)行系統(tǒng)環(huán)路中電流電壓補(bǔ)償?shù)沫h(huán)路補(bǔ)償電路。本LED驅(qū)動(dòng)電源，沒有大功率電解電容，壽命長(zhǎng)、體積小、輸出穩(wěn)定、驅(qū)動(dòng)效果好，適用于大功率LED光源的驅(qū)動(dòng)。

關(guān)鍵詞：LED；驅(qū)動(dòng)電源；三相輸入

中圖分類號(hào)：TG434.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）30-0130-02

1 概述

LED作為一種新光源，與原有的照明光源相比具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、色彩豐富等優(yōu)點(diǎn)，其具有的各種優(yōu)勢(shì)促進(jìn)了LED市場(chǎng)的發(fā)展。使用LED照明時(shí)，需要有配套的驅(qū)動(dòng)電源來驅(qū)動(dòng)LED。目前市場(chǎng)上的LED驅(qū)動(dòng)電源大多含有電解電容，限制了LED光源的壽命優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，現(xiàn)有的LED驅(qū)動(dòng)電源，其功率大多只有幾十瓦，無法滿足工廠、廣場(chǎng)等場(chǎng)所需要大功率LED光源的需求。因此，需要研制一種無電解電容的大功率LED驅(qū)動(dòng)電源來滿足上述需求。

2 驅(qū)動(dòng)電源方案設(shè)計(jì)

為了滿足大功率LED光源驅(qū)動(dòng)電路的需求，本文設(shè)計(jì)了一種三相輸入大功率LED驅(qū)動(dòng)電源，如圖1所示，包括主電路及控制電路；控制電路包括用于驅(qū)動(dòng)主電路中開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路、用于控制驅(qū)動(dòng)電路的PWM產(chǎn)生電路，以及用于進(jìn)行系統(tǒng)環(huán)路中電流電壓補(bǔ)償?shù)沫h(huán)路補(bǔ)償電路。

2.1 主電路設(shè)計(jì)

如圖2所示，主電路包括依次連接的輸入端整流濾波單元、上下開關(guān)管、隔直電容、變壓器及輸出端整流濾波單元。其中，輸入端整流濾波單元為單電容半橋結(jié)構(gòu)，由整流二極管D1-D6、電容C1組成。開關(guān)管選用大功率MOS管，上開關(guān)管T1的漏極和下開關(guān)管T2的源極分別連接輸入端整流濾波單元的輸出端，上開關(guān)管T1的源極和下開關(guān)管T2的漏極連接，隔直電容Cb設(shè)于下開關(guān)管T2和變壓器T的一次側(cè)之間，輸出端整流濾波單元連接變壓器T的二次側(cè)，具體為由二極管D7、D8、電感L和電容C2構(gòu)成的全波整流電路。

采用上述電路，解決了電解電容嚴(yán)重影響LED驅(qū)動(dòng)電源壽命，以及現(xiàn)有的單項(xiàng)電輸入的無電解電容LED驅(qū)動(dòng)電源因含有使人眼疲勞的工頻頻閃的缺點(diǎn)。同時(shí)，采用單電容的半橋結(jié)構(gòu)，解決了輸入電壓高且無電解電容時(shí)的體積、成本、波紋問題。

PWM產(chǎn)生電路用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為固定周期的PWM信號(hào)，為現(xiàn)有LED驅(qū)動(dòng)電路中的常規(guī)組成部分，其具體電路結(jié)構(gòu)已較為成熟，在此不作詳細(xì)說明。

2.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)電路連接上下開關(guān)管，用于將PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換為上下開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。具體的，如圖3所示，本實(shí)施例中驅(qū)動(dòng)電路包括集成驅(qū)動(dòng)芯片IR、電阻R1、R2、電容C3、C4、二極管D9-D11。其中，集成驅(qū)動(dòng)芯片IR選用IR2113，其VDD和VCC腳接15V供電電源，Hin和Lin腳分別接收PWM產(chǎn)生電路輸出的高低電平信號(hào)，SD、VSS和COM腳接地；IR的HO腳連接電阻R1的一端和二極管D9的負(fù)極，電阻R1的另一端和二極管D9的正極連接上開關(guān)管T1的柵極；IR的VB腳連接電容C3的一端和二極管D10的負(fù)極，電容C3的另一端連接IR的VS腳及開關(guān)管T1的源極；IR的VCC腳連接二極管D10的正極和電容C4的一端，電容C4的另一端接地；IR的LO腳連接電阻R2的一端和二極管D11的負(fù)極，電阻R2的另一端和二極管D11的正極連接下開關(guān)管T2的柵極。

2.3 電流補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

本文中，針對(duì)LED的負(fù)載特性，通過設(shè)計(jì)電流補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和電壓補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了適合LED的精確限壓的恒流驅(qū)動(dòng)方式。

具體的，如圖4所示，電流補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)包括電阻R3-R12、Rs、電容C5-C10、光耦OPT1、放大器U1、U2及第一穩(wěn)壓源。電感L2的一端連接15V供電電源，另一端連接電容C5的一端和光耦OPT1的4腳；光耦OPT1的1腳接15V供電電源，2腳接電阻R4的一端，3腳接電阻R3的一端及反饋信號(hào)輸出端FB；電阻R4的另一端連接電容C6、C7和第一穩(wěn)壓源的3腳，電容C6的另一端連接電阻R7的一端和放大器U1的反相端，電阻R7的另一端連接電容C9的一端和放大器U1的輸出端；電阻R6的一端連接15V供電電源，另一端連接電阻R8、電容C8的一端及放大器U1的同相端；電容C9的另一端連接電阻R9的一端，電阻R9的另一端連接電阻R11、R12、電容C10的一端及放大器U2的反相端；電阻R11的另一端連接點(diǎn)入R10的一端和放大器U2的輸出端，電阻R10的另一端連接電容C7的另一端和第一穩(wěn)壓源的1腳；放大器U2的同相端連接采樣電流輸入端和電阻Rs的一端；電阻R3、R8、R12、Rs、電容C5、C8、C10及第一穩(wěn)壓源的2腳接地。

2.4 電壓補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

如圖5所示，電壓補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)包括電阻R13-R17、電容C11-C13及第二穩(wěn)壓源；電阻R13的一端連接光耦OPT1的2腳，另一端連接電阻R14、電容C11及第二穩(wěn)壓源的3腳，電阻R14的一端連接電容C12的一端，電容C11的另一端連接電阻R15、R16、R17的一端、第二穩(wěn)壓源的1腳及電容C12的另一端；電阻R15的另一端連接采樣電壓輸入端和電容C13的一端，電容C13的另一端連接電阻R16的另一端，電阻R17的另一端連接第二穩(wěn)壓源的2腳并接地。

3 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的三相輸入大功率LED驅(qū)動(dòng)電源，主電路的輸入端整流濾波單元均采用單電容半橋結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的雙電容半橋電路相比少用一個(gè)隔直電容，降低了成本，且用于LED驅(qū)動(dòng)時(shí)具有良好的啟動(dòng)特性。輸出端整流濾波單元?jiǎng)t采用了全波整流結(jié)構(gòu)，減少了整流二極管使用數(shù)量，體積小且成本低。本驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且驅(qū)動(dòng)效果好，結(jié)合環(huán)路補(bǔ)償電路，對(duì)LED的驅(qū)動(dòng)更穩(wěn)定。本LED驅(qū)動(dòng)電源，沒有大功率電解電容，壽命長(zhǎng)、體積小、輸出穩(wěn)定、驅(qū)動(dòng)效果好，適用于大功率LED光源的驅(qū)動(dòng)，具有良好的實(shí)用性和市場(chǎng)前景。

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