【導(dǎo)讀】在大功率電源的電路設(shè)計(jì)中，LED恒流驅(qū)動(dòng)屬于其中的新成員。也是照明和家居領(lǐng)域中的新星。對(duì)電路設(shè)計(jì)的可靠性方面要求頗多。本文就分析并詳解了高效、安全的LED恒流驅(qū)動(dòng)大功率電源的設(shè)計(jì)方案。
在該LED大功率電源的設(shè)計(jì)方案中，其電源主電路的設(shè)計(jì)圖如下圖圖1所示：
圖1 LED恒流驅(qū)動(dòng)大功率電源電路圖
隔離反激式開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)
在了解了這一LED恒流驅(qū)動(dòng)電源的電路圖后，接下來我們首先來看一下在該電源方案的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該如何進(jìn)行隔離反激式開關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)。在該大功率電源的設(shè)計(jì)方案中，隔離反激式電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)典型電路如圖2所示。從圖2中可以看到，當(dāng)開關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，高頻變壓器T一次繞組的感應(yīng)電壓為上正下負(fù)，由于變壓器的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的同名端相反，此時(shí)次級(jí)繞組的整流二極管VD1處于截止?fàn)顟B(tài)，初級(jí)繞組儲(chǔ)存能量。當(dāng)開關(guān)管VT1截止時(shí)，變壓器初級(jí)繞組儲(chǔ)存的能量通過次級(jí)繞組和VD1。整流和電容C1，濾波后向負(fù)載輸出。
從這種隔離反激式開關(guān)電源電路的運(yùn)行模式中可以得出結(jié)論，電源變壓器在這個(gè)電路中有兩個(gè)作用，即：當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，變壓器儲(chǔ)存能量。當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，變壓器通過磁芯將能量傳遞給次級(jí)繞組，供給負(fù)載。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的輸出功率一般在100w以內(nèi)，且有較好的電壓調(diào)整率，如果需要精密控制輸出電流，可以在輸出回路串聯(lián)采樣電阻通過光耦反饋實(shí)現(xiàn)初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的隔離。
圖2 隔離反激式開關(guān)電源電路
[page]開關(guān)變壓器的選擇與設(shè)計(jì)
與其他的開關(guān)電源一樣，LED恒流驅(qū)動(dòng)電源的變壓器設(shè)計(jì)也同樣是整個(gè)方案的核心所在，這種反激式的開關(guān)變壓器在電路中起到兩個(gè)作用：儲(chǔ)能電感，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，初級(jí)繞組開始儲(chǔ)存能量；當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，初級(jí)繞組儲(chǔ)存的能量通過磁芯傳遞給次級(jí)繞組。因此，該設(shè)計(jì)對(duì)于電感主要考慮的是是初級(jí)繞組的電感量和各繞組之間的匝數(shù)比。在計(jì)算這兩個(gè)參數(shù)的同時(shí)，也涉及到電源的輸入功率、輸出功率、效率和開關(guān)頻率等問題。在該LED大功率電源的設(shè)計(jì)方案中，整個(gè)電路的最大占空比為45%，效率預(yù)計(jì)為85%，輸出功率為40×0.35—14w，開關(guān)頻率為60kHz，經(jīng)過理論計(jì)算并考慮裕量，本設(shè)計(jì)初級(jí)繞組的電感數(shù)值取1.5mH。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，變壓器的磁芯系數(shù)為88.7μH，所以有初級(jí)繞組的匝數(shù)為130匝。
在本方案中，我們采用的是基于最大占空比的方法來確定變壓器匝數(shù)比。經(jīng)過公式計(jì)算，當(dāng)電源加到負(fù)載的電壓40V時(shí)，再考慮輸出二極管的壓降0.6V。則變壓器的匝數(shù)比為0.45，這里計(jì)算出來的結(jié)果是匝數(shù)比N的最小值。根據(jù)電感量的要求，初級(jí)繞組已經(jīng)確定為130匝，則次級(jí)繞組的匝數(shù)為58.5匝，為了方便繞制，可將匝數(shù)取為60匝，匝數(shù)比N為0.46，對(duì)于反激式開關(guān)電源，最大占空比小于50%時(shí)，系統(tǒng)是固有穩(wěn)定的，不用增加補(bǔ)償電路。
功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)
由于LED恒流驅(qū)動(dòng)電源的電路中經(jīng)常采用電感和電容等元件，因此很容易引起相位漂移，所以功率因數(shù)比較低，一般不會(huì)超過0.6，這就需要工程師采用相應(yīng)的措施來提高電路中的功率因數(shù)。在該設(shè)計(jì)方案中，我們所采用的是平衡半橋補(bǔ)償電路法，來提升電路中的功率因數(shù)，其電路原理如圖3所示。
圖3 平衡半橋補(bǔ)償電路圖
在使用了平衡半橋補(bǔ)償電路進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償設(shè)置后，該電路中的電容C1和C2采用10μF/400 V的電解電容，兩電容參數(shù)相同，通過電容的充放電作用，能夠增加導(dǎo)通角，在正半周期可以將導(dǎo)通角擴(kuò)展到30°至150°在負(fù)半周期可拓展到210°至330°。因此通過該電路可以將功率因數(shù)從0.6提高到0.85-0.9。
以上就是本文針對(duì)LED恒流驅(qū)動(dòng)大功率電源的電路設(shè)計(jì)過程，所進(jìn)行的簡(jiǎn)要分析和介紹，希望能夠?qū)Ω魑辉O(shè)計(jì)研發(fā)人員的工作有所幫助。
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