LED驅動電源PFC電路的設計

LED驅動電源是把電源供應轉換為特定的電壓電流以驅動LED發(fā)光的電源轉換器，通常情況下：LED驅動電源的輸入包括高壓工頻交流（即市電）、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流（如電子變壓器的輸出）等。

而LED驅動電源的輸出則大多數為可隨LED正向壓降值變化而改變電壓的恒定電流源。

1．1工作原理

LED驅動器主要用于大功率照明。設計時必須達到正常照明要求；滿足高效率、低成本和小體積；電源驅動器的輸出必須采用恒流控制；充分考慮安全工作。

交流輸入首先進人防雷浪涌保護及EMI路，該部分電路即防止外部干擾侵入電源內部，同時又阻止內部的干擾進入交流輸電系統(tǒng)；正常輸入交流經整流濾波電路，進入功率因數校正電路，進行電壓電流波形調制，實現(xiàn)功率因素和電流諧波要求；經恒流控制電路實現(xiàn)恒流輸出，實現(xiàn)LED正常工作。工作原理圖，如圖1所示。

1．2技術指標

系統(tǒng)設計技術指標要求，如表1所示。

系統(tǒng)選用具有芯片價格廉價、便于設計、沒有開通損耗。

升壓管關斷時是零電流自然關斷，承受的尖峰較小．損耗也相應較小等優(yōu)點的臨界導通型控制模式（CRM），CRM模式的工作原理框圖如圖2所示［6-8］。用于CRM模式控制的芯片比較多，ST公司的L6562D芯片具有性能優(yōu)良、可靠性高、價格低廉等特點，故選擇該芯片。本系統(tǒng)采用控制芯片L6562D設計PFC電路，具有外部電路簡潔，逐個脈沖進行電流限制，有可編程的輸出過壓保護和開環(huán)保護功能。電路原理如圖3所示

2．1高頻濾波電容

設計要求最低、最低輸入電壓、最大輸出功率分別為V（nln）=17V、V（唧）=264V、Po）=90W，PFC電路工作頻率f~=90kHz，輸出電壓Vo=400V，PFC電路效率7／=96％，根據式（1）可得Im=O．58A。

2．4變壓器的匝數

因此處的電感不僅作為電感，還要作為一個變壓器用來產生控制IC所需要的電源?？梢酝扑愠鲈谳斎腚妷簽?70VAC時的工作頻率，作為變壓器副邊供電，必須保證IC能夠正常工作，為此處設定工作電壓為l8V。選擇TDK的PQ26／2o型磁芯：Ae=l19mm。取其最大的磁通密度為：AB=O．25T。據式（5）得Nr．=49．5，選50匝。據式（6）可計算D=0．4。據據式（7）可得Ns=5匝。

2．5PFC的MOSFET原邊電流在在最低電壓的時候其電流有效值為最大，通過式（8）的近似計算。0．58A，實際上在MOSFET關斷的時候，其上面是沒有電流流過的，可以選用場效應管SPP20一N60C3。

3．1保護功能

該系統(tǒng)設計要求有輸出的過電壓、短路和過溫等保護功能。VIN0=2．2uF．L_FC3=0．1uF

輸出過壓保護是通過檢測輸出電壓，當輸出電壓超過保護點時．通過光禍隔離將觸發(fā)信號傳輸到初級，拉低控制芯片L6565D的COMP端，使電源無輸出。

輸出短路保護是通過電阻采樣輸出電流．當輸出電流超過設定的保護點（2A）時，比較器翻轉，驅動光禍導通，光禍的次級將控制芯片L6565D的COMP端，使電源無輸出。當短路狀態(tài)解除以后，能夠自動恢復輸出。

輸出過溫保護通過在控制芯片L6565D的供電電源端VCC串聯(lián)一個105℃的常閉溫度繼電器ST一22來實現(xiàn)．溫度繼電器貼裝在主功率管的散熱器上．當溫度超過105oC時，溫度繼電器斷開，電源輸出關閉，當溫度恢復至95℃左右時，溫度繼電器重新閉合．電源輸出恢復。

3．2BUCK恒流源電路

BUCK電路拓撲形式簡潔，外圍元件少，效率高，電路原理如圖所示，控制芯片選用MPs公司的MP4688，電路如圖4所示。

3．3防浪涌、防雷、EMI濾波電路

本電源是為LED路燈供電．防浪涌、防雷是基本要求之

一，較大的輸入功率（約90W）使得EMI濾波也是其重要指標要求，針對這三個技術指標，設計電路如圖5所示。

壓敏電阻RV。起到防浪涌的作用，RV：、RV3、VG1（氣放管）共同構成防雷電路，共模電感、L。、cI—C構成EMI濾波電路，保險絲F1提供輸入短路保護，～3為C。、提供放電通路。

4系統(tǒng)測試測試框圖如圖6所示。A4．1絕緣電阻測試用絕緣耐壓測試儀測試被測電源輸入對輸出，輸入、輸出對外殼的絕緣電阻Ra，應大于等于50MI}，測試電壓：DC500V，分別短接輸入端子和輸出端子。

4．2絕緣強度測試用絕緣耐壓測試儀測試被測電源．施加下列條件并保持lmin，應無擊穿和閃絡現(xiàn)象。分別短接輸入端子和輸出端子。

4．3短路保護功能測試按測試框圖所示連接電源供電、調壓器、智能電量測量儀、被測電源、電子負載及各測量儀器儀表，調節(jié)調壓器使輸入電壓為AC230V．被測電源正常工作。用電子負載的短路功能使被測電源輸出短路，然后解除短路狀態(tài)，被測電源應能恢復正常工作狀態(tài)。被測電源的短路保護功能正常。

4．4高低溫工作試驗

將被測電源放入溫度試驗箱內，按測試框圖連接好儀器儀表及電子負載。啟動溫度試驗箱降溫至一45℃±2℃。恒溫2h后加電，進行測試。完成測試后開始升溫。升溫過程中保持被測電源額定工作狀態(tài)，溫度升至+45oC±2oC，恒溫加電2h后進行測試。

通過測試，本系統(tǒng)解決措施是有效的，提高了變換器的效率，使本電源整體效率達到了技術要求。由實驗數據結果和波形得出結論：基于PFC設計與實現(xiàn)的LED驅動電源，設計合理，調試和試驗中性能可靠穩(wěn)定，性能和指標都滿足設計需求。

LED被認為是未來最有前途的照明光源，而LED驅動電源是影響和制約LED壽命的最主要因素。本論文是在這一前景下，研制的基于PFC的LED驅動電源。該驅動電源損耗低，具有較高的功率因數和效率。該驅動電源電路形式簡潔、外圍元件少、體積小、功率密度較高、可靠性高，防水、防塵等效果良好，各項性能均滿足標要求。