一種非隔離LED的恒流驅(qū)動電源

湯澤容

摘要：LED朝著大功率、高亮度、低成本的方向發(fā)展。目前，日亞化學(xué)已研發(fā)出lOOLm/W的LED產(chǎn)品。LED用途廣泛，發(fā)明初期主要用作儀器、儀表的指示器。隨著LED技術(shù)的進步與工藝的發(fā)展，目前有新型的大功率LED用作汽車的尾燈與日常照明。大功率LED作照明之用時，因LED的工作電壓與工作電流呈非線性的關(guān)系，而為其供電的電流大小與發(fā)光亮度有密切的關(guān)系，因此要求使用恒流供電模式。因LED作路燈照明或日常照明之用時與人體沒有直接接觸的機會，所以，從成本等因素來考慮，完全可采用非隔離的供電系統(tǒng)為其供電，而采用POWERINT公司的LNK306單片控制IC正能實現(xiàn)大功率LED恒流恒壓供電的要求。本文對一種非隔離LED的恒流驅(qū)動電源的設(shè)計進行簡介。

關(guān)鍵詞：非隔離;LED;恒流;驅(qū)動電源

一、電路指標(biāo)

輸入電壓：85～264VAC;輸出電壓：3.5V;輸出電流：350mA（恒流）。

二、電路組成

電路由輸入整流濾波電路、開關(guān)直流降壓電路、反饋取樣控制電路組成。

三、電路工作原理

某些電子設(shè)備和家用電器并不需要使用輸入與輸出完全隔離的開關(guān)電源。例如，直流電機的驅(qū)動電源，空調(diào)、無霜冰箱和微波爐中的穩(wěn)壓電源等，照明用LED的驅(qū)動電源本身就屬于隔離系統(tǒng)，因此可使用非隔離式開關(guān)電源供電，但要求這種開關(guān)電源的電路簡單、成本低、電源轉(zhuǎn)換效率高和可靠性高，使用與維護方便。Linkswitch-TN系列產(chǎn)品提供了7種非隔離的電路連接方式，考慮到對負(fù)載器件的安全性及LED需要恒流的供電模式的特性，本設(shè)計選擇了第6種接線方式，即正端降壓/升壓式（Buck-Boost）恒流驅(qū)動電路。

正端降壓/升壓式（Buck-Boost）恒流驅(qū)動電路如圖1所示。其主要特點如下：負(fù)壓輸出;可做升壓或降壓輸出，做升壓式輸出時U0>U1，做降壓式時I0

圖1電路基本工作原理如下：輸入電路由可熔斷電阻Rl、VD1、VD2、Cl、C2和濾波電感Ll組成;電源調(diào)整電路由LNK306P、儲能電感L2、VD3、R2、C4和C5組成。當(dāng)LNK306導(dǎo)通時，輸入電流IIN經(jīng)（LNK306）D→（LNK306）S→L2→C2（一）構(gòu)成回路，將輸入電流IIN儲存在電感L2中（電感電流按U1/I1，線性增加），極性為上正下負(fù);當(dāng)LNK306截止時，因電感電流不能突變（電感電流按U1/I1，線性減?。瑯O性為下正上負(fù);L2中儲存的能量經(jīng)L2的下端（地）→LED（負(fù)載）→VD3→R2→I→L2的上端構(gòu)成回路。VD3為整流管;C5是輸出濾波電容;R2為限流保護電阻;C4與R2并聯(lián)以消除雜訊干擾;VD4與VD5構(gòu)成簡單的穩(wěn)壓電路。負(fù)載電流I0在R2上產(chǎn)生的電壓降是US=I0R2，US經(jīng)R3與R4分壓，在R4上得到的分壓電壓作為反饋電壓給LNK306的FB端，F(xiàn)B端正常工作電壓是1.65V，可通過調(diào)整R3與R4分壓比來調(diào)整輸出電流的大小。LNK306的FB端根據(jù)反饋電壓的大小來控制內(nèi)部MOSFET的導(dǎo)通時間，即通過跳過周期的方式來對輸出電流進行調(diào)節(jié)的。當(dāng)輸出電流增加時，I0在R2上產(chǎn)生的電壓降也線性增加，在R4上的分壓值也增加，因此流人引腳FB的電流FB也會增加，若電流IFB>49uA，則隨后的周期將被跳過，直到IFB<49uA;反之相反。因此當(dāng)負(fù)載減輕時將跳過許多周期，負(fù)載加重時跳過的周期減少。如發(fā)生輸出過載或短路故障時，Linkswitch-TN開關(guān)就進入自動重啟動階段，輸出功率降為POM×6%，從而限制了平均輸出功率。

本電路的構(gòu)成非常簡單，包括LNK306在內(nèi)僅有17個元件，主要元器件的選擇原則是：L2是儲能電感，采用帶鐵氧體磁芯的電感，以便降低成本和減小音頻噪聲，為使電感電流工作在CCM模式，電感量選為1.5mH。續(xù)流二極管VD3：本設(shè)計采用連續(xù)模式工作，要求trr≤35ns，UF4005屬于超快恢復(fù)二極管，其trr=35ns，能滿足工作模式的要求。反饋電阻R3和偏置電阻R4;由R3和R4構(gòu)成的電阻分壓器應(yīng)使引腳FB的電壓保持在1.65V，此電阻的精度直接影響到反饋電壓的高低，進而影響到恒流值，因此選±1%精度的電阻。

四、電路特點

本電路的構(gòu)成非常簡單，包括LNK306在內(nèi)僅有17顆元件，成本較低，符合照明產(chǎn)品量大、價低的要求，并且因元件少、體積小，完全可把整個電路板安裝在GU10等燈頭內(nèi)，使用方便安全可靠。

五、注意事項

（1）當(dāng)把用上述電路組成的PCB板放入燈頭內(nèi)時，要特別注意整個電路的轉(zhuǎn)換效率，如效率太低則不能長期安全、可靠地工作，所以必須設(shè)法提高電源轉(zhuǎn)換效率。應(yīng)當(dāng)注意在取樣電阻R2上的功耗PR2=I2OUTR2=0.352×5.6=0.686/（w），該功耗占了整個轉(zhuǎn)換效率10%以上。因此可改用放大器來作取樣反饋。

（2）可熔斷電阻Rl在電路中起當(dāng)LNK306等元件損壞時的保護作用，在選擇該電阻時要注意兩個關(guān)鍵點：①電阻本身的耗散功率必須滿足在開機瞬間耐沖擊電流的要求;②該電阻的材料不能用碳膜的，而必須用金屬膜的，因碳膜電阻抗沖擊能力太差。如成本允許最好用熔斷器。

（3）如要獲得較高的恒流精度，反饋到FB的信號可使用放大器來獲得。這樣做不但可提高恒流精度，而且可降低取樣電阻R2的阻值，從而提高電路的整體轉(zhuǎn)換效率。放大器的工作電壓可由BP端提供。