基于OB2532的原邊反饋LED驅(qū)動電路設(shè)計

 摘要：文中應(yīng)用高性能離線式PWM控制器OB2532，設(shè)計了一款小功率LED驅(qū)動電路，電路采用原邊反饋方式。與傳統(tǒng)的副邊反饋相比，原邊反饋驅(qū)動電路省去了光耦和TL431芯片，降低了成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。所設(shè)計的LED驅(qū)動電路具有恒壓恒流控制特性。實測的結(jié)果來表明：4個1 W的白光LED正常工作，亮度非常高，測試參數(shù)達(dá)到設(shè)計要求。

LED照明因其節(jié)能、環(huán)保和壽命長等特點，成為未來照明的發(fā)展趨勢。LED燈不像普通的白熾燈泡，可以直接連接220V的交流市電，它需要低壓直流驅(qū)動，因此必須設(shè)計復(fù)雜的電源變換電路。LED的壽命和驅(qū)動電源有很大的關(guān)系，驅(qū)動電源供電不穩(wěn)定，導(dǎo)致LED發(fā)光效率降低，壽命縮短，顏色發(fā)生變化，甚至燒毀。此外，轉(zhuǎn)換效率、恒流/恒壓精度、電源壽命、電磁兼容等要求也是設(shè)計LED驅(qū)動電源必須考慮的因數(shù)。文中設(shè)計出一款A(yù)C/DC的LED恒流源驅(qū)動電源，采用原邊反饋方式，與傳統(tǒng)的副邊反饋的光耦加TL431的結(jié)構(gòu)相比，其最大的優(yōu)勢在于降低了成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。

1 LED驅(qū)動電源工作原理

PWM(Pulse Width Modulation)調(diào)制方式是開關(guān)功率變換器中最常采用的方式，通過反饋端的反饋信號和基準(zhǔn)信號的差值與內(nèi)部產(chǎn)生的鋸齒波進(jìn)行比較，然后輸出恒頻變寬的方波信號對功率開關(guān)管進(jìn)行控制，可以依據(jù)負(fù)載快速調(diào)節(jié)開關(guān)管的導(dǎo)通時間，從而穩(wěn)定輸出電壓。

開關(guān)電源變換器從控制模式上可分為兩類：電壓控制模式(Voltage control Mode)和電流控制模式(Current Control Mode)。電壓控制模式的基本原理就是通過將誤差放大器的輸出電壓與一個鋸齒波進(jìn)行比較，產(chǎn)生控制用的PWM信號。PWM電壓模式的控制原理圖如圖1所示，其原理為：采樣電阻R1和R2檢測輸出電壓Vo，并將其輸入誤差放大器EA與參考電壓Vref進(jìn)行比較，放大的誤差電壓Vea輸入到PWM電壓比較器(脈寬調(diào)整器)。PWM電壓比較器的另一個輸入是周期為T的鋸齒波。Vea與鋸齒波進(jìn)行比較，當(dāng)鋸齒波電壓高于Vea的時，PWM電壓比較器的輸出由高電平轉(zhuǎn)化為低電平，Q1關(guān)斷，以此來調(diào)節(jié)Q1的導(dǎo)通時間，保證輸出電壓恒定。

電流控制模式是在電壓控制模式的基礎(chǔ)上，增加一個電流負(fù)反饋的環(huán)節(jié)。圖2為PWM峰值電流控制模式的原理框圖。PWM電壓比較器的輸入由電壓控制模式中的鋸齒波信號換成了對電流采樣值轉(zhuǎn)換成的電壓Vs(=IQ1xRS)，比較器的另一端仍然是輸出電壓采樣值與參考基準(zhǔn)的誤差放大值Vea。每個周期開始時，脈沖信號控制將開關(guān)開啟，流過開關(guān)和電感的電流增大，當(dāng)電流增大到Vs超過Vea時，觸發(fā)器R端置高電位，開關(guān)被關(guān)斷。如果輸入電壓VDC增大，則開關(guān)導(dǎo)通時Vs上升速度加快，Vs超過Vea所需要的時間縮短，于是開關(guān)管導(dǎo)通時間Ton被縮短;反之輸入電壓VDC減小，則Vs超過Vea讓PWM控制信號翻轉(zhuǎn)所需時間更長，開關(guān)管導(dǎo)通時間Ton增加，維持對負(fù)載提供的能量大小。

2 方案的選擇

LED的伏安特性和一般的二極管伏安特性非常相似，電流呈很陡的指數(shù)上升，所以電源電壓微小的變化會引起正向電流較大的變化。目前，LED發(fā)光效率還是比較低，大部分的輸入電功率都是轉(zhuǎn)化為熱能，所以它的發(fā)熱很高。因為LED的伏安特性的溫度系數(shù)是負(fù)的，結(jié)溫升高引起伏安特性曲線左移，其結(jié)果是正向電流增加。正向電流增加以后，在電源電壓相同的情況下，LED的輸入功率增加。但結(jié)溫升高以后，光輸出會降低，這意味著更多的輸入功率轉(zhuǎn)換為熱能，即增加正向電流，它的光輸出量并不增加，反而降低，這導(dǎo)致結(jié)溫升高的惡性循環(huán)。因此，采用恒壓電源供電會使結(jié)溫升高，光衰加大，壽命縮短。綜上所述，本設(shè)計采用恒流源驅(qū)動方案。

原邊反饋方式的AC/DC控制技術(shù)是最近10年間發(fā)展起來的新型開關(guān)電源控制技術(shù)，與傳統(tǒng)的副邊反饋光耦加TL431的結(jié)構(gòu)相比，其最大的優(yōu)勢在于省去了這兩個芯片以及與之配合工作的一組元器件，這樣就節(jié)省了系統(tǒng)板上的空間，降低了成本并且提高了系統(tǒng)的可靠性。OB2532是一個原邊反饋方式的高性能離線式PWM控制器，采用原邊反饋技術(shù)替代以前由芯片PC817和TL431組成的反饋環(huán)路，減小電路體積。同時，芯片集成了專有的恒壓恒流控制，其引腳說明如圖3和表1所示。

3 電路設(shè)計

基于OB2532的LED驅(qū)動電路如圖4所示。輸入的220 V交流電壓經(jīng)VD1-VD4整流和電感L1，電容C1、C2濾波后，變?yōu)橹绷麟妷杭拥阶儔浩鞯脑吘€圈，再接到MOS管VT的漏極。變壓器的輔助繞組N2經(jīng)過整流二極管VD5、濾波電容C3后為OB2532提供電源(開始是由變壓器原邊⑥處的較高直流電壓經(jīng)電阻R1、R2降壓提供)，同時輔助繞組N2和電阻R3、R4還為OB2532的反相端INV提供取樣反饋電壓。連接VT管源極的電阻RS將檢測得到的電流信號加于電流檢測輸入腳CS。在INV端反饋電壓信號和CS電流信號的控制下，對VT管的柵極驅(qū)動信號的脈沖寬度進(jìn)行調(diào)整，即通過PWM使電源和電流保持恒定。由VD6、R5、C5組成的緩沖網(wǎng)絡(luò)，可以使反峰電壓通過二極管VD6及電阻R5來消耗其能量，降低反峰電壓，以免在開關(guān)的過程中繞組N1上出現(xiàn)過高電壓，損壞VT管。在變壓器的副邊，交流電壓經(jīng)二極管VD7整流、電容C6濾波，得到恒定電壓和電流來驅(qū)動發(fā)光二極管LED。這個電路的優(yōu)點是原邊反饋控制，不用加光耦和穩(wěn)壓源TL431，降低了成本。本次設(shè)計驅(qū)動4個1 W的LED二極管。

4 電路測試

4.1 原邊反饋特性測試

在圖4中，N2經(jīng)VD5整流、C3濾波為IC提供電源，同時N2還為反相端INV提供取樣反饋電壓。所以要進(jìn)行原邊反饋特性測試，就要測試OB 2532的INV端，即測試點③。變壓器原邊次級線圈③點的波形如圖5所示。波形雖然有些毛刺，但很好地反映了開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷。

由電路圖4可知，測試點⑥即是整流、濾波后的直流電壓，用萬用表的1 000 V直流電壓檔測量。測試點⑦與OB2532的VDD引腳相連，即為芯片的供電電壓，用萬用表的20 V直流電壓檔測量。在實際操作時，還要注意接地點的選取。在圖4中共有9個接地點，其中變壓器原邊有7個，副邊有2個。副邊作為輸出直接驅(qū)動LED，所以原邊副邊的接地點是不同的，因此在圖4中以不同的符號表示。但是各邊的接地點則是相同的，這里選取電容C3的接地點。具體測量結(jié)果如表2所示。

4.2 副邊輸出信號波形

圖4中的測試點②，即變壓器副邊輸出在經(jīng)過二極管濾波之前的信號是關(guān)鍵的測試點。用Tektronix TDS21060 MHz 1GS/s的數(shù)字示波器進(jìn)行波形測試，接4x1 W LED作為負(fù)載。得到波形如圖6，可知波形規(guī)整，達(dá)到設(shè)計要求。

4.3 輸出參數(shù)測量

首先運用定電阻(CR)模式的電子負(fù)載來測試電流電壓參數(shù)。具體操作如下：可以先用萬用表直流電壓檔測出輸出端Vo電壓.即負(fù)載為無窮大(開路)的電壓，這里為11.70 V，查閱相關(guān)資料，得LED的標(biāo)稱電流為370 mA，由此可計算出負(fù)載約為32，故電子負(fù)載在此基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)試。測試結(jié)果如表3所示。

從實測的結(jié)果來看，4個1 W的白光LED正常工作后亮度并不是非常高，其發(fā)光效率也沒有達(dá)到最高。電路工作于輕負(fù)載狀態(tài)，所以要進(jìn)一步調(diào)試，提高發(fā)光亮度。這里仍然使電子負(fù)載處于定電阻模式，并逐步改變電阻，記錄數(shù)據(jù)如表4所示。

5 結(jié)論

文中設(shè)計的LED恒流驅(qū)動電源，采用原邊反饋方式的電流模式PWM控制，具有體積小，成本低的特點，適合于小功率LED驅(qū)動電源，諸如臺燈，地?zé)?，小射燈等。通過測試可知，設(shè)計的白光LED驅(qū)動電路達(dá)到設(shè)計要求。