LED高效節(jié)能驅(qū)動電源的設(shè)計(jì)

周宇

【摘 要】LED具有高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長等特點(diǎn)，若能以LED照明取代目前低效率、高耗能的傳統(tǒng)照明，無疑對緩解當(dāng)前越來越緊迫的能源短缺和環(huán)境惡化問題起到舉足輕重的作用。而如今隨著LED 的快速發(fā)展，LED已經(jīng)成為各種照明場合的主流照明光源，LED 驅(qū)動電源將逐漸成為 LED 燈的可靠性與壽命的決定性因素。本文設(shè)計(jì)了一種高效節(jié)能的驅(qū)動電源，經(jīng)功能測試，LED 驅(qū)動電源工作效率在90%以上，功率因數(shù)為 0.955，非隔離式輸出功率為91.3W，能效等級為1級，通過測試結(jié)果驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的可行性和可靠性。

【關(guān)鍵詞】MCZ5205SE；LED；高效節(jié)能；驅(qū)動電源

【中圖分類號】TM91 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【文章編號】1671-8437（2018）04-0003-02

LED是上世紀(jì)90年代發(fā)展起來的新一代冷光源，具有傳統(tǒng)光源無可比擬的優(yōu)勢：節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境（不含汞等有害物質(zhì)）、壽命長（10萬小時(shí)）、減少維護(hù)費(fèi)用、提供更好的燈光品質(zhì)、改進(jìn)燈光視覺效果和安全性。這些都使LED技術(shù)在眾多基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中得到越來越多的應(yīng)用[1]。

LED是特性敏感的半導(dǎo)體器件，又具有負(fù)溫度特性，因而在應(yīng)用過程中需要對其進(jìn)行穩(wěn)定工作狀態(tài)和保護(hù)，從而產(chǎn)生了驅(qū)動的概念。LED是電流驅(qū)動的器件，其亮度與正向電流呈比例關(guān)系。LED不像普通的白熾燈泡，可以直接連接220V的交流市電。LED是3伏左右的低電壓驅(qū)動，它對驅(qū)動電源有較高要求。

市場對LED驅(qū)動電源的效率轉(zhuǎn)換、有效功率、恒流精度、電源壽命、電磁兼容的要求都非常高，設(shè)計(jì)一款好的電源必須綜合考慮這些因數(shù)，因?yàn)殡娫丛谡麄€(gè)燈具中的作用就像人的心臟一樣重要。

1 LED 燈的電源驅(qū)動原理

高效節(jié)能驅(qū)動電源是把電源供應(yīng)轉(zhuǎn)換為特定的電壓電流以驅(qū)動LED發(fā)光的電源轉(zhuǎn)換器，LED所需的電壓為可以隨負(fù)載正向電壓值變化而改變電壓的恒定輸出電流源。本電路不管電網(wǎng)電壓如何變動，驅(qū)動電源在80V―265V區(qū)間都能正常工作，同時(shí)在電路中加入的保護(hù)裝置，大大延長了驅(qū)動電源的使用壽命[2]。LED是節(jié)能產(chǎn)品，驅(qū)動電源的效率控制在90%以上，電源的效率高，它的耗損功率非常小，在燈管內(nèi)發(fā)熱量就更小，也就降低了燈具的溫升，對延緩LED的光衰有利，從而解決了光管散熱難的問題。

高功率因數(shù)，功率因數(shù)是電網(wǎng)對負(fù)載的要求。如果功率因數(shù)太低，必定給電網(wǎng)電壓帶來較大波動，影響其它用戶用電質(zhì)量，雖然我國對用電量小的電器，沒有強(qiáng)制性指標(biāo)。但如果功率因數(shù)都低，必然會對電網(wǎng)產(chǎn)生較嚴(yán)重的污染，而這次設(shè)計(jì)的驅(qū)動電源的功率因數(shù)達(dá)到了0.9以上，基本解決了對電能使用效率的問題，減少了對電網(wǎng)的污染。

2 LED 燈的電源驅(qū)動器的設(shè)計(jì)

2.1 驅(qū)動電源系統(tǒng)整體架構(gòu)

驅(qū)動電源能實(shí)現(xiàn)在輸入交流電的情況下，輸出穩(wěn)定的直流電，并滿足電磁兼容的要求[3]。在控制電路設(shè)計(jì)方面，向集中控制、標(biāo)準(zhǔn)模塊化、系統(tǒng)可擴(kuò)展性三方面發(fā)展。

驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)框圖（如圖1）所示，輸入的交流電先經(jīng)過前級保護(hù)電路進(jìn)行保護(hù)，然后經(jīng)過EMI 濾波電路抑制自身和電源線產(chǎn)生的電磁污染，再通過全波整流濾波電路，得到較為平滑的電壓分別輸出到啟動電路和LLC諧振變換器，通過變換器轉(zhuǎn)換后輸出平穩(wěn)的直流電壓給負(fù)載供電，同時(shí)啟動電路的輸出電壓送入控制器，和輸出電路通過光電耦合器件送來的PWM 電壓信號進(jìn)行比較，控制開關(guān)器件的導(dǎo)通和截止來控制變壓器的能量傳遞。

2.2 控制電路的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用 MCZ5205SE LLC電流共振橋式轉(zhuǎn)換器控制IC作為驅(qū)動電源的控制芯片，MCZ5205SE 控制芯片具備用于控制臨界型PFC控制器與帶有高耐壓門驅(qū)動器的變頻LLC橋型全波電流共振電源控制器，并具備各種保護(hù)功能。與普通的 PWM 控制器不同，它使用簡單的開/關(guān)控制方式來穩(wěn)定輸出電壓?？刂破靼ㄒ粋€(gè)振蕩器、時(shí)間檢測器、反饋放大器、PFC監(jiān)測、信號控制電路、軟啟動與檢測電路、過電流檢測電路、輸入鎖定電路、MOS門驅(qū)動電路、PFC過電流檢測電路。

該驅(qū)動電源具有智能控制功能，能使LED的負(fù)載電流在各種因素的影響下都能控制在預(yù)先設(shè)計(jì)的水平上。當(dāng)負(fù)載電流因各種因素而產(chǎn)生變化時(shí)，控制器可以通過控制開關(guān)使負(fù)載電流回到初始設(shè)計(jì)值上?？刂齐娐啡鐖D2所示。

2.3 EMI 濾波電路設(shè)計(jì)

光電產(chǎn)品對抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓和電網(wǎng)諧波串入的能力。為加強(qiáng)這方面的保護(hù)，在設(shè)計(jì)該產(chǎn)品時(shí)加入了抗浪涌保護(hù)，即采用 EMI 濾波電路，對從電網(wǎng)系統(tǒng)侵入各種浪涌電流導(dǎo)致LED的損壞的因素加以抑制，從而保護(hù)光電產(chǎn)品不被損壞。由于兩種干擾是同時(shí)存在的，并且共模比差模更容易引起電磁干擾，所以EMI 濾波器主要還是抑制共模干擾信號。

2.4 LLC諧振變換器的設(shè)計(jì)

LLC諧振變換器主要由輸入電源、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)、諧振網(wǎng)絡(luò)、理想變壓器、整流橋、濾波網(wǎng)絡(luò)和負(fù)載組成。該電路結(jié)合了串聯(lián)諧振變換器和并聯(lián)變換器的優(yōu)點(diǎn)，能在負(fù)載和輸入電壓變化很大的情況下實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定調(diào)節(jié)，并能實(shí)現(xiàn)場效應(yīng)管和二極管軟開關(guān)的控制。

該電路的輸入電壓VI為205V，設(shè)計(jì)的輸出電壓最大值Vomax為32V，輸出端整流二極管的正向?qū)妷篤d為0.9V，額定輸出電流Inom為25A，變壓器原副邊的匝比N為3。

本文設(shè)計(jì)的高效節(jié)能驅(qū)動電源采用MCZ5205SE LLC電流共振橋式轉(zhuǎn)換器，恒流效果好，輸出電流穩(wěn)定，體積小，成本低，且能避免LED燈的閃爍現(xiàn)象。該產(chǎn)品比市場上目前的驅(qū)動電源更小巧、更節(jié)能、更環(huán)保、更穩(wěn)定。目前已完成該產(chǎn)品的制作，并已經(jīng)投入市場使用。在使用的過程中，本產(chǎn)品工作穩(wěn)定、散熱性好、使用壽命長，故該產(chǎn)品具有較高的市場價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

[1]魏大為.大功率LED路燈驅(qū)動電源的設(shè)計(jì)[J].電工技術(shù)，2009（5）.

[2]沙占友.LED驅(qū)動電源設(shè)計(jì)入門[J].中國電力出版社：第一版，2012（1）.

[3]楊恒.LED照明驅(qū)動器設(shè)計(jì)步驟詳解[M].北京：中國電力出版社，2009.