某型LED驅(qū)動電源設計

陳微

摘 要：LED是一種節(jié)能、高效的光源體，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展對于能源的需求也越來越大，照明電源占據(jù)著電能消耗的絕大部分，通過大量普遍使用LED，借助于LED節(jié)能、環(huán)保、高效的特點將有助于降低能源的消耗。LED照明所需要使用的驅(qū)動電源不同于傳統(tǒng)的電源，為做好LED照明應當積極做好LED照明電源的設計。本文在分析LED照明電源特點的基礎(chǔ)上對LED照明驅(qū)動電源的設計進行分析闡述。

關(guān)鍵詞：LED照明；驅(qū)動電源；設計

中圖分類號：TM46 文獻標志碼：A

0 前言

LED照明是一種節(jié)能、環(huán)保、高效的新型發(fā)光源，被譽為最為環(huán)保的綠色照明。LED照明實際是由眾多的發(fā)光二極管所組成的，相較于傳統(tǒng)的白熾燈或是熒光燈，LED照明在能耗、光效、輻射以及使用壽命等方面都有著極大的優(yōu)勢。為驅(qū)動LED發(fā)光體，LED照明驅(qū)動電源具有高效、高功率因數(shù)、高直流電流控制精度等的特點，本文就某型號LED照明驅(qū)動電源的設計進行分析介紹。

1 LED照明開關(guān)電源基本組成電路

LED照明電源其根本是開關(guān)電源，開關(guān)電源是在現(xiàn)代電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，通過對開關(guān)晶體管的通斷時間比率進行控制，在開關(guān)電源的輸出端穩(wěn)定地維持電壓的輸出。LED照明開關(guān)電源主要是由輸入/輸出整流濾波部分、PWM穩(wěn)壓控制以及開關(guān)能量轉(zhuǎn)換等幾大部分組成，并加上一些輔助電路，諸如欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流/短路保護電路等，主控電路和輔助電路相輔相成共同為LED照明提供所需要的低壓直流電源。LED照明開關(guān)電源在工作的過程中，接入端輸入的市電經(jīng)過扼流線圈和電容實現(xiàn)市電濾波用以去除市電中的高頻雜波和干擾雜波，通過濾波整流后得到所需要的高壓直流電，而后輸入的高壓直流電經(jīng)過開關(guān)電路將所輸入的高壓直流電轉(zhuǎn)換為高頻脈動直流電完成連續(xù)直流電向脈動直流的轉(zhuǎn)換，而后對轉(zhuǎn)換完成的高頻脈動直流電進行降壓降低至所需要的直流電壓完成輸入電的轉(zhuǎn)換。最后將降壓后的直流電中的高頻交流部分進行濾除，從而得到所需要的純凈的低壓直流電來驅(qū)動LED照明。

2 LED驅(qū)動電源系統(tǒng)設計

某型號LED驅(qū)動電源系統(tǒng)的設計如下：LED驅(qū)動電源采用的是雙端正激拓撲來作為LED驅(qū)動電源高頻直流轉(zhuǎn)換器，在高頻直流轉(zhuǎn)換器工作時分為能量轉(zhuǎn)移、變壓器磁復位以及死區(qū)3個不同的階段。雙端正激拓撲工作時的能量轉(zhuǎn)移階段，雙端正激拓撲中的開關(guān)管導通作業(yè)將雙端正激拓撲所接收到的功率傳遞給負載并使得雙端正激拓撲中的原邊電流逐漸上升至最大值，當原邊電流上升至最大值時雙端正激拓撲中的輸出整流二級管一導通一截止，加之輸出濾波電感端的電壓與其成比例上升，從而將一部分的能量輸送至電容進行充電而另一部分則傳遞至負載。在雙端正激拓撲工作中的變壓器磁復位階段，雙端正激拓撲關(guān)閉開關(guān)管并使得二極管恢復導通，此時變壓器初級線圈中的電流從最大逐步減小電流的方向與變壓器原邊電流的方向相同。

在變壓器完成作業(yè)并完全恢復后變換器將進入到死區(qū)階段，在這一階段中雙端正激拓撲中的初級繞組電流為零且無法壓降，次級線圈輸出電壓也為零，雙端正激拓撲中的開關(guān)管處于關(guān)閉狀態(tài)。外部輸入電壓施加在兩個開關(guān)管兩端各承受Vdc/2的電壓。在雙端正激拓撲的死區(qū)階段后雙端正激拓撲中的開關(guān)管恢復導通，從而使得雙端正激拓撲進入到下一個周期的作業(yè)中。

LED驅(qū)動電源中PWM控制電路部分的設計：某型號LED驅(qū)動電源中的PWM控制電路采用的是UC3845模塊，此控制模塊內(nèi)部含有可調(diào)振蕩器、高增益誤差放大器以及電流取樣比較器等多個集成模塊，上述模塊的應用能夠滿足LED驅(qū)動電源低壓條件所需。LED驅(qū)動電源中的PWM控制電路將能夠根據(jù)所反饋的電壓和電流信號實現(xiàn)對于輸出PWM脈沖信號占空比的精確調(diào)節(jié)，從而穩(wěn)定輸出電壓使其保持在一個較為穩(wěn)定的區(qū)間范圍內(nèi)。

PWM控制電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，PWM控制電路中的電阻R6和電容C9直接決定著UC3845模塊內(nèi)部振蕩器所產(chǎn)生的震蕩頻率，UC3845模塊所產(chǎn)生的振蕩周期鋸齒波將從4管腳發(fā)出。振蕩頻率可以根據(jù)計算公式算出。UC3845模塊將由6管腳產(chǎn)生PWM控制信號，由6管腳所產(chǎn)生的PWM信號頻率就是LED驅(qū)動電源的工作頻率，為確保PWM信號的不產(chǎn)生雜波其頻率為UC3845模塊振蕩頻率的1/2。LED驅(qū)動電源中的PWM控制電路中的占空比將由UC3845模塊2管腳的電壓和3管腳的電流反饋信號來決定。LED驅(qū)動電源中的PWM控制電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

LED驅(qū)動電源中的電壓反饋電路主要是基于TL431和線性光耦所設計的。內(nèi)置于LED驅(qū)動電源中的電壓反饋電路中的IC3和TL431為精密穩(wěn)壓源，所輸出的基準電壓為Uref2.5V。LED驅(qū)動電源中的電壓反饋電路中的反饋信號Ufb直接與UC3845模塊中的2管腳相連，UC3845模塊根據(jù)Vfb的變化來對UC3845模塊所輸出的PWM脈沖信號下個周期的占空比進行相應的調(diào)整。Vfb的變化與占空比的變化呈正比。

LED驅(qū)動電源中的電流反饋電路設計：其輸入電流由雙端正激電路所輸出，LED驅(qū)動電源中的電流反饋電路中的電容器其主要用于抑制采樣電流信號中的尖峰脈沖。電阻為一個低阻值的無感精密采樣電阻。LED驅(qū)動電源中的電流反饋電路通過將雙端正激電路所產(chǎn)生的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號后輸送至UC3845模塊中的3管腳。

3 LED驅(qū)動電源測試

在完成了對于LED驅(qū)動電源的設計后需要對LED驅(qū)動電源進行測試。通過對LED驅(qū)動電源進行帶載輸出電壓波紋測試將能夠直接反映出LED驅(qū)動電源輸出電壓的穩(wěn)定性。在測試過程中LED驅(qū)動電源的輸出端直接與負載相連接，LED驅(qū)動電源所輸出電壓的最大波動值的絕對值即為電壓波動范圍。LED驅(qū)動電源輸出需要具有良好的電壓穩(wěn)定性，如電壓波紋太大將不利于LED負載的正常工作。通過對設計的LED驅(qū)動電源進行測試發(fā)現(xiàn)，輸出功率達到額定功率時所設計的LED驅(qū)動電源波紋處于誤差允許的區(qū)間范圍內(nèi)。此外，轉(zhuǎn)換效率也是LED驅(qū)動電源的一個重要衡量指標，通過檢測計算所設計的LED驅(qū)動電源在額定功率下轉(zhuǎn)變效率超過92%滿足使用要求。

結(jié)語

LED驅(qū)動電源的設計質(zhì)量直接影響著LED照明產(chǎn)品的性能。本文對某型LED驅(qū)動電源的設計方案進行了討論并就產(chǎn)品進行了測試，確定所設計的某型LED驅(qū)動電源滿足使用要求。

參考文獻

[1]黃云.LED驅(qū)動電源設計（文摘版）[J].工程技術(shù)，2015（42）：250.

[2]沈霞，李紅偉，許瑾.基于無光耦反激變換器的LED驅(qū)動電源設計[J].電測與儀表，2012，49（7）：97-100.