基于大功率LED驅(qū)動(dòng)電源電路設(shè)計(jì)

LED光源作為一種新型綠色光源，由于其具有耗電量低、壽命長、反應(yīng)速度快、高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，已被越來越廣泛的應(yīng)用。在同樣亮度下，LED光源耗電量僅為普通白熾燈的十分之一，而壽命卻可以延長100倍。但其壽命很大程度上決定于驅(qū)動(dòng)電源，因此一種可靠的、轉(zhuǎn)換效率高的、壽命長的LED驅(qū)動(dòng)電源對(duì)于LED光源至關(guān)重要。

本文設(shè)計(jì)了一種LED光源驅(qū)動(dòng)電路，介紹了設(shè)計(jì)原理和方法，采用電壓和電流雙環(huán)反饋，能夠輸出恒定的電壓和電流，并且具有開環(huán)保護(hù)負(fù)載的功能，能有效提高LED光源的使用壽命。

1芯片介紹

本設(shè)計(jì)采用TNY279電源芯片作為開關(guān)電源的控制芯片，TNY279電源芯片在一個(gè)器件上集成了一個(gè)700V高壓MOSFET開關(guān)和一個(gè)電源控制器，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。控制器包括一個(gè)振蕩器、使能電路、限流狀態(tài)調(diào)節(jié)器、5.8V穩(wěn)壓器、欠電壓即過電壓電路、限流選擇電路、過熱保護(hù)、電流限流保護(hù)、前沿消隱電路。該芯片具有自動(dòng)重啟、自動(dòng)調(diào)整開關(guān)周期導(dǎo)通時(shí)間及頻率抖動(dòng)等功能。

2電路的工作原理分析

電源的核心部分采用反激式變換器，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。整體設(shè)計(jì)電路圖如圖1.

2.1輸入整流濾波電路

考慮到成本、體積等因素，改善諧波采用無源功率因數(shù)校正電路，主要是通過改善輸入整流濾波電容的導(dǎo)通角方式來實(shí)現(xiàn)。具體方法是在交流進(jìn)線端和整流橋之間串聯(lián)電感，如圖1所示C1、C2、L1、L2組成一個(gè)π型電磁干擾濾波器，并使用填谷電路填平電路，減小總諧波失真。填谷電路由D1、D2、、D3、C3、C4、R3組成，限制50Hz交流電流的3次諧波和5次諧波。

經(jīng)整流及濾波的直流輸入電壓被加到T1的初級(jí)繞組上。U1(TNY279)中集成的MOSFET驅(qū)動(dòng)變壓器初級(jí)的另一側(cè)。二極管D4、C5、R6組成鉗位電路，將漏極的漏感關(guān)斷電壓尖峰控制在安全值范圍以內(nèi)。齊納二極管箝位及并聯(lián)RC的結(jié)合使用不但優(yōu)化了EMI，而且更有效率。

2.2高頻變壓器設(shè)計(jì)

TNY279完全可以自供電的，但是使用偏置繞組，可以實(shí)現(xiàn)輸出過壓保護(hù)，在反饋出現(xiàn)開環(huán)故障時(shí)能夠保護(hù)負(fù)載，有效地減少對(duì)LED光源的產(chǎn)生的損害，在本設(shè)計(jì)中采用偏置繞組，如圖1，同時(shí)可由更低的偏置電壓向芯片供電，抑制了內(nèi)部高壓電流源供電，在空載時(shí)功耗可降低到40MW以下。Y電容可降低電磁干擾。

2.3反饋電路設(shè)計(jì)

次級(jí)采用恒流恒壓雙環(huán)控制。NCS1002是一款恒流恒壓次級(jí)端控制器。如圖2所示，它的內(nèi)部集成了一個(gè)2.5V的基準(zhǔn)和兩個(gè)高精度的運(yùn)放。

電壓基準(zhǔn)和運(yùn)放1是電壓控制環(huán)路的核心。運(yùn)放2則是一個(gè)獨(dú)立運(yùn)放，用于電流控制。在本設(shè)計(jì)中，電壓控制環(huán)路用于保證輸出電壓的穩(wěn)定，電流反饋控制環(huán)路檢測LED平均電流，即電路中R17上的電流，將其轉(zhuǎn)換成電壓和2.5V基準(zhǔn)比較，并將誤差反饋到TNY279中來調(diào)整導(dǎo)通。

具體的工作原理是：NCS1002調(diào)節(jié)輸出的電壓值，當(dāng)輸出電壓超過設(shè)定電壓值時(shí)，電流流向光耦LED，從而下拉光耦中晶體管的電流。當(dāng)電流超過TNY279的使能引腳的閾值電流時(shí)，將抑制下一個(gè)周期，當(dāng)下降的電壓小于反饋閾值時(shí)，會(huì)使能一個(gè)開關(guān)周期，通過調(diào)節(jié)使能周期的數(shù)量，對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，同樣，當(dāng)通過檢測到R16上的電流即輸出電流大于設(shè)定的值時(shí)，電流通過另一個(gè)二極管下拉光耦LED中晶體管的電流，達(dá)到抑制TNY279的下一個(gè)周期的目的，當(dāng)輸出電流小于設(shè)定電流時(shí)會(huì)使能一個(gè)開關(guān)周期，通過這樣的反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，能使得輸出的電壓和電流都處于穩(wěn)定的狀態(tài)。

當(dāng)反饋電路出現(xiàn)故障時(shí)，即在開環(huán)故障時(shí)，偏置電壓超過D9與旁路/多功能引腳電壓時(shí)，電流流向BP/M引腳。當(dāng)此電流超過ISD(關(guān)斷電流)時(shí)TNY279的內(nèi)部鎖存關(guān)斷電路將被激活，從而保護(hù)負(fù)載。由于使用了偏置繞組將電流送入BP/M引腳，抑制了內(nèi)部高電壓電流源，這樣的連接方式將265VAC輸入時(shí)的空載功耗降低到40MW有效的降低功耗。

3電路的參數(shù)

3.1輸入輸出參數(shù)

輸入電壓(AC)：85～265 V

頻率：50Hz

輸出電壓：12V

輸出電流：1.67A

輸出功率：20W

3.2變壓器參數(shù)計(jì)算

在最低電網(wǎng)電壓為85V時(shí)，最小的直流輸入電壓V MIN，可通過下式計(jì)算：

3.3變壓器的繞制

初級(jí)繞組以引腳2作為起始引腳，繞85圈(x1線)，在2層中從左向右。在第1層結(jié)束時(shí)，繼續(xù)從右向左繞下一層。在最后一層上，使繞組均勻分布在整個(gè)骨架上。以引腳1作為結(jié)束引腳，添加1層膠帶以進(jìn)行絕緣。

偏置繞組以引腳4作為起始引腳，繞9圈(x 2線)。沿與初級(jí)繞組相同的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行繞制。使繞組均勻分布在整個(gè)骨架上。以引腳3作為結(jié)束引腳，添加3層膠帶以進(jìn)行絕緣。

次級(jí)繞組以引腳7作為起始引腳，繞8圈(x 2線)。使繞組均勻分布在整個(gè)骨架上。沿與初級(jí)繞組相同的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行繞制。以引腳6作為結(jié)束引腳，添加2層膠帶以進(jìn)行絕緣。

4結(jié)論

設(shè)計(jì)了一種基于TNY279的大功率LED驅(qū)動(dòng)電源電路，分析了其工作原理和設(shè)計(jì)方法，反饋環(huán)節(jié)采用恒壓恒流雙環(huán)的設(shè)計(jì)，保證輸出電壓和輸出電流的恒定，同時(shí)在開環(huán)故障下能夠自動(dòng)關(guān)閉，保護(hù)負(fù)載，有效的減少了對(duì)LED光源的損害，提高LED的使用壽命。同時(shí)轉(zhuǎn)換效率也在83%以上，并滿足國際標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)諧波含量的要求。經(jīng)驗(yàn)證電路能夠輸出預(yù)期的效果。