無輔助繞組的原邊控制LED恒流驅(qū)動電路設(shè)計

1 引 言

LED(Light Emitting Diode)照明作為一種節(jié)能高效、綠色環(huán)保的照明技術(shù)，在室內(nèi)外照明、交通信號燈、汽車照明、背光顯示等領(lǐng)域[1]的應(yīng)用日益廣泛。因此，研究高效能的LED驅(qū)動技術(shù)具有深遠(yuǎn)的經(jīng)濟價值與社會意義。

由于LED需要恒流源供電，市電需要經(jīng)過一個驅(qū)動器將高壓交流電轉(zhuǎn)換為低壓恒流源供LED使用。近年來，各大芯片廠商陸續(xù)推出用于LED驅(qū)動的反激式拓?fù)涞脑吙刂?Primary Side Regulation，PSR)芯片，省去了變壓器副邊用于反饋的光耦，體積縮小，成本降低[2]，從而使得反激式電路在LED驅(qū)動領(lǐng)域的應(yīng)用范圍大大增加。

文獻(xiàn)[3]介紹了一種傳統(tǒng)的原邊控制反激式LED恒流驅(qū)動器，其中變壓器具有三個繞組，分別為原邊繞組、副邊繞組和輔助繞組。輔助繞組用于將變壓器退磁信號反饋給芯片，實現(xiàn)恒流控制。本文提出一種特殊的恒流控制方式，從而無需輔助繞組的反饋作用，進一步縮小了系統(tǒng)體積，降低了整個驅(qū)動器的成本。

文章第2節(jié)主要介紹無輔助繞組的原邊控制LED恒流驅(qū)動電路的整體結(jié)構(gòu)

2 LED恒流驅(qū)動電路的整體結(jié)構(gòu)與恒流原理

2.1 整體結(jié)構(gòu)

本文介紹的LED恒流驅(qū)動電路的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。輸入電容C1對外部輸入電壓進行濾波，同時也起到降低EMI的作用。系統(tǒng)輸入電壓通過啟動電阻R1和儲能電容C2給VCC供電。由于整個電路的工作電壓極低，所以無需輔助繞組的額外供電。15V的LDMOS對650V的VDMOS進行源極驅(qū)動，兩個開關(guān)管同步開啟和關(guān)斷。開關(guān)管開啟后，采樣電阻Rcs采樣原邊繞組電流，當(dāng)其兩端電壓達(dá)到檢測閾值時，CS信號將開關(guān)管關(guān)閉。

根據(jù)楞次定律，Np和Ns上的電壓反向，續(xù)流二極管D5正向?qū)?，原邊儲存的能量傳遞給副邊，通過副邊向輸出電容C3充電，向負(fù)載LEDs提供能量。當(dāng)副邊繞組電流降到0后，OUT引腳出現(xiàn)諧振，通過零電流檢測比較器ZCD將功率開關(guān)管再次開啟。由于電路設(shè)計在DCM模式，所以電流降到0后還有一段死區(qū)時間，負(fù)載靠輸出電容上的儲能工作。

圖1 LED恒流驅(qū)動電路的整體結(jié)構(gòu)

2.2 恒流原理

輸出電流與副邊電感電流有直接關(guān)系，是副邊電感電流的平均值：

(1)

其中RCS為采樣電阻阻值，Vref為內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，NP為原邊匝數(shù)，NS為副邊匝數(shù)，Tdemag為副邊退磁時間，T為功率管開關(guān)周期。從式(1)中可以看出，如果外圍確定，則RCS、NP、NS都確定，本設(shè)計通過恒流控制模塊，保證Tdemag/T=1/2，從而實現(xiàn)輸出恒流。

恒流控制模塊原理圖如圖2所示。CS比較的輸出高電平控制電容C的放電，ZCD比較器的輸出高電平控制電容C的充電，電流源與電流沉保證電容C的充放電斜率相等。當(dāng)電容上的電壓達(dá)到Vref2時，功率開關(guān)管開啟，當(dāng)采樣電阻RCS上的電壓達(dá)到Vref時，功率開關(guān)管關(guān)閉。圖3為電容C上的電壓波形，可以看出Tdemag=Ton+Tdead，從而實現(xiàn)Tdemag/T=1/2。[!--empirenews.page--]

根據(jù)前面描述的控制方法，設(shè)計了LED恒流驅(qū)動電路。下面給出LED恒流驅(qū)動電路的測試結(jié)果，主要考察不同輸入和輸出條件下，其恒流精度和轉(zhuǎn)換效率。

以3W的應(yīng)用為例，具體應(yīng)用圖見圖4，其測試結(jié)果見表1和表2。可以看出，恒流精度小于5%，轉(zhuǎn)換效率不低于70%，基本達(dá)到設(shè)計要求。

4 結(jié) 論

設(shè)計了一款無輔助繞組的原邊控制反激式LED恒流驅(qū)動器。介紹了整體結(jié)構(gòu)和特殊的恒流控制方式，無需變壓器輔助繞組的反饋和供電，降低了外圍電路的復(fù)雜程度，縮小了系統(tǒng)的體積，節(jié)省了整個驅(qū)動器的成本。在全電壓工作范圍內(nèi)，滿足線性調(diào)整率小于5%的恒流精度要求，滿足負(fù)載調(diào)整率小于5%的恒流精度要求。該LED恒流驅(qū)動器應(yīng)用于交流輸入、小功率隔離型LED照明。