【導(dǎo)讀】非常重要的位置，由此驅(qū)動LED的開關(guān)電源就成了關(guān)注熱點。設(shè)計及驅(qū)動方式選擇不當(dāng)，使LED極易損壞。我們設(shè)計LED驅(qū)動電源時，有必要知道LED. 電流、電壓特性，由于LED的生產(chǎn)廠家及LED規(guī)格不同，電流、電壓特性均有差異。根據(jù)LED電流、電壓變化特點，采用恒流驅(qū)動方。傳統(tǒng)的開關(guān)電源控制集成電路具有效率高、輸。出穩(wěn)定、可靠性高，并可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等功能。通過各種電力電子組件和電力電。子電路組成一個恒流的電源，達到設(shè)計的要求。

　　

【正文】 功率因數(shù)校正電路原理圖 該電路采用一塊 UC3845 作 為控制芯片，反饋信號來自輸出端。 UC3845 的驅(qū)動信號經(jīng)過一個小變壓器，變?yōu)閮陕吠辔坏尿?qū)動信號，分別驅(qū)動兩只開關(guān)管 S1 和 S2。由于沒有電流取樣，電路只能工作于 DCM 方式，否 則電路中電流會失控。該電路首先要保證輸出穩(wěn)壓，故占空比變化不大。 輸入欠電壓、過電壓及過熱保護 圖 是僅用一個 4 比較器 LM339 及幾個分立元器件構(gòu)成的過壓、欠壓、過熱保護電路。取樣電壓可以直接從輔助控制電源整流濾波后取得，它反映輸入電源電壓的變化，比較器共享一個基準(zhǔn)電壓， N11 為 欠電 壓比較器， N12 為 過電 圖 采用晶閘 管和限流電阻組成的防浪涌電流電路 壓比較器，調(diào)整 R3 可以調(diào)節(jié)過、欠壓的動作閾值。 N13 為過熱比較器， RT 為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，它與 R6 構(gòu)成分壓器，緊貼于功率開關(guān)器件 IGBT 的表面，溫度升高時， 25 RT 阻值下降，適當(dāng)選取 R6 的阻值，使 在設(shè)定的溫度閾值動作。當(dāng)其正向端輸入低電平時，比較器輸出低電平封鎖 PWM 驅(qū)動信號 [3]。由于 4 個比較器的輸出端是并聯(lián)的，無論是過壓、欠壓、過熱任何一種故障發(fā)生，比較器輸出低電平，封鎖驅(qū)動信號使電源停止工作，實現(xiàn)保護。 圖 過壓、欠壓、過熱保護電路 可實現(xiàn)過壓 保護和 LED 開路保護的額外電路。實際上，很多峰值電流模式控制器IC 都具有專用的 RT 引腳。與該引腳相連的電阻可用來設(shè)置內(nèi)部電流，其內(nèi)部電流用來給振蕩器電容 (可以是內(nèi)部或外部 )充電。振蕩器電容上的斜坡電壓控制開關(guān)頻率，這樣，開關(guān)頻率與 RT 引腳的輸出電流成正比。電阻越小 (大 )，電流就越大 (小 )，開關(guān)頻率也就越高 (低 )。基于這一原理，可利用輸出電壓反饋來調(diào)整開關(guān)頻率。 依對象電源的設(shè)計要求，現(xiàn)整定電源的輸入電壓為 220V 時低壓保護動作，輸入高于 300V時過電壓保護電路動作，電源溫度高于 50℃時過熱保護電路動 作。下面就以上設(shè)計參數(shù)整定電路電阻參數(shù)。 穩(wěn)壓二極管選用 IN6002B，其穩(wěn)定電壓為 12V，現(xiàn) 就過壓保護要求 整定 R2 為 30，設(shè) R R4 阻值之和為 R，則有 （ ） 26 把 Vmin=220V、 R2=30K 代入式 可求得 R=。 就過電壓保護要求計算 R R4 的具體參數(shù) （ ） 把 R2=30K、 R= 代入式 可求得 R4=，所以 R3 為： （ ） 設(shè)所選熱敏電阻在 50℃時的電阻值為 30K，則可求得 （ ） 由上式可解得 R6=15KΩ。 注：熱敏電阻緊貼功率開關(guān)管的散熱片安裝。 LED 照明系統(tǒng)的熱源基本就是 LED 燈本身的熱源，熱源太集中會產(chǎn)生熱損耗，因此 LED 驅(qū)動電路不能與散熱系統(tǒng)緊貼在一起。 LED 燈采用鋁基板散熱；功率器件均勻排布；盡可能避免將 LED 驅(qū)動電路與散熱部分貼近設(shè)計；抑制封裝至印刷電路基板的熱阻抗；提高 LED 芯片的散熱 順暢性以降低熱阻抗。 這樣， LED 電流將不再決定于輸入或輸出電壓。采用電阻 R晶體管 Q3 和齊納二極管 D2 可增加過壓保護功能。在 LED 開路狀態(tài)下，當(dāng)開 關(guān)導(dǎo)通時，電感存儲能量，當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時，該能量轉(zhuǎn)移到輸出電容上。因為沒有足夠的負(fù)載供電容放電，輸出電壓在每個周期都會逐漸升高。當(dāng)電壓升高到超過齊納二極管的導(dǎo)通電壓時，由 D2 和 R6組成的齊納二極管分支電路開始導(dǎo)通。這也提供了一條通過 Q3 基極電流的路徑，使 Q3導(dǎo)通。此時，電阻 R4 實際上被短路。因此， Q2 的基極發(fā)射極的 PN 結(jié)將關(guān)閉，導(dǎo)致R5 上的電流為零。這將停止控制器的內(nèi)部振蕩直到輸出電壓降到齊納二極管電壓以下，以上過程繼續(xù)進行。這種猝發(fā)模式可將 LED 開路狀態(tài)下的平均功率降至最小。這種過壓保護方法將強制控制 IC 進入 低頻、低功率的工作模式。 27 短路 保護 電源的 輸入短路保護直接在輸入濾波電路前端串接一個熔斷器即可。 輸出短路保護必須引入電流檢測電阻，以實現(xiàn)對輸出電流的監(jiān)測。過流保護電路較為簡單，直接把取輸出電流檢測電阻的電壓經(jīng)均壓后引入到主控芯片 TL494 的比較器正相輸出端與基準(zhǔn)電壓比較后就可實現(xiàn)過流保護功能。由于 LED 的驅(qū)動電流都是比較小的。所以很小的電流變化就能導(dǎo)致發(fā)光二極管串的損壞。所以短路保護對于 LED 的驅(qū)動電源來說是一個很重要的環(huán)節(jié)。 開關(guān)電源的接地處理 要點 理想地線是一個零阻抗、零電位的物理實體，但 在任何的電子設(shè)備內(nèi)，地線既有電阻又有電抗，當(dāng)有電流流過是，地線上必然產(chǎn)生壓降 [1]，同時地線還可能與其它線路形成環(huán)路，在地線中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，兩者都可能使電路單元產(chǎn)生干擾。地線 干擾包括地阻抗干擾和地環(huán)路干擾。克服或減少地線干擾的方法主要有以 下幾種： （ 1）單點接地。開關(guān)電源絕大多數(shù)都把高頻變壓器的一次和二次側(cè)在 PCB 布線上設(shè)計成電器隔離的兩大部分，所以這兩個部分至少也應(yīng)設(shè)置兩個接地點，同時把電源外殼作為接地基準(zhǔn)點。單點接地可以有效抑制差模干擾； （ 2）減少接地電阻。如增大接地點的面積和減小接地導(dǎo)線的長度等； （ 3）減小地線分布電感。如采用矩形截面導(dǎo)體，因為扁矩形截面導(dǎo)體的自感比同截面積的導(dǎo)線自感要??； （ 4）減小電源裝置對地的分布電容。如增加電源裝置對地的距離，其可以減小地線干擾； 此外，開關(guān)電源跟其它所有電子設(shè)備一樣要有可靠的安全接地，這對保障人員安源具有相當(dāng)重要的意義。 28 4 PWM 控制電路 調(diào)節(jié)開關(guān)電源的占空比，可使輸出電壓基本上不隨負(fù)載變化和 /或不隨輸入電壓變化而變化。這種方法，實質(zhì)是對晶體管導(dǎo)通脈寬進行調(diào)節(jié)和控制。 驅(qū)動 LED燈 組 可在轉(zhuǎn)換器中增加小型而低廉的額外電路以克服負(fù)載調(diào)節(jié)和無負(fù)載狀態(tài)下的問題 [9]。該轉(zhuǎn)換器易于實現(xiàn)，且在峰值電流模式控制時無需進行反饋補償沒計。它所具有的開環(huán)特性也使之成為那些需要 PWM亮度調(diào)節(jié)的應(yīng)用中的理想選擇。 組件選擇和基本原理應(yīng)用 PWM 控制電路采用美國硅通用電氣公司的 SG3525A 控制芯片 電壓調(diào)節(jié)芯片 SG3525 具體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。其中，腳 16 為 SG3525 的基準(zhǔn)電壓源輸出，精度可以達到（ 177。 1％） V，采用了溫度補償，而且設(shè)有過流保護電路。腳 5，腳 6，腳 7 內(nèi)有一個雙門限比較器，內(nèi)電容充放電電路，加上外接的電阻電容電路 共同構(gòu)成 SG3525 的振蕩器。振蕩器還設(shè)有外同步輸入端 (腳 3)。腳 1 及腳 2 分別為芯片內(nèi)誤差放大器的反相輸入端、同相輸入端。該放大器是一個兩級差分放大器，直流開環(huán)增益為 70dB 左右。根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)特性要求，在誤差放大器的輸出腳9 和腳 1 之間一般要添加適當(dāng)?shù)姆答佈a償網(wǎng)絡(luò) 。 圖 SG3525 引腳功能 29 圖 SG3525 內(nèi)部原理框圖 2. 下面分別闡述其各部分功能： A 基準(zhǔn)電壓源 : 基準(zhǔn)電壓源是一個三端穩(wěn)壓電路，其輸入電壓 VCC 可在（ 8～ 35）V 內(nèi)變化， 通常采用 +15V，其輸出電壓 VST＝ ，精度177。 1%，采用溫度補償，作為芯片內(nèi)部電路的電源，也可為芯片外圍電路提供標(biāo)準(zhǔn)電源，向外輸出電流可達 400mA，沒有過流保護電路。 B 振蕩電路： 由一個雙門限電壓均從基準(zhǔn)電源取得，其高門限電壓 V V H = 低門限電壓 V V L = ,內(nèi)部橫流源向 CT 充電，其端壓 VC 線性上升，構(gòu)成鋸齒波的上升沿，當(dāng) C H V = V 時比較器動作，充電過程結(jié)束，上升時間 t1 為： 比較器動作時使放電電路接通， CT 放電， VC 下降并形成 鋸齒波的下降沿，當(dāng) C L V = V 時比較器動作，放電過程結(jié)束，完成一個工作循環(huán)，下降時間間 t2 為： 注意：此時間即為死區(qū)時間 鋸齒波的基本周期 T 為 : 30 由上可見鋸齒波的上升沿遠(yuǎn)長于下降沿，因此上升沿作為工作沿，下降沿作為回掃沿。 C 誤差放大器：由兩級差分放大器構(gòu)成，其直流開環(huán)放大倍數(shù)為 80dB 左右，電壓反饋信號 uf 從端子 1 接至放大器反相輸入端，放大器同相輸入端接基準(zhǔn)電壓。該誤差放大器共模輸入電壓范圍是 。 D PWM 信號產(chǎn)生及分相電路： 比較器的反相端接誤差放大 器的輸出信號 ue，而振蕩器的輸出信號 Uc 則加到比較器的同相輸入端，比較器的輸出信號為 PWM 信號，該信號經(jīng)鎖存器鎖存，分相電路由二進制計數(shù)器和兩個或非門構(gòu)成，其輸入信號為振蕩器的時鐘信號，并用時鐘信號的前沿觸發(fā)，輸出為頻率減半的互補方波，這些方波和 PWM 信號輸入到或非門邏輯電路。其結(jié)果是，所有的輸入為負(fù)時，輸出為正。這樣 1 P 、 2 P 的輸出每半周期交替為正，其寬度和 PWM 信號的負(fù)脈沖相等。脈沖很窄的時鐘信號輸入到邏輯或非門電路，可使兩個門的輸出同時有一段低電平，以產(chǎn)生死區(qū)時間。 E 脈沖輸出級電 路 :輸出末級采用推挽輸出電路，驅(qū)動場效應(yīng)功率管時關(guān)斷速度更快 .11 腳和 14 腳相位相差 1800，拉電流和灌電流峰值達 200mA。由于存在開閉滯后，使輸出和吸收間出現(xiàn)重疊 導(dǎo)通。在 重疊 處有一個電流尖脈沖，起持續(xù)時間約為 l00ns?？梢栽?13 腳處接一個約 的電容濾去電壓尖峰。 工作過程 可以圖 。 31 圖 SG3525 工作過程 32 接線方式 該芯片的輸入電壓工作范圍是 8～ 35 V，通?？扇?+15 V；振蕩頻率是 100～ 500 kHz，芯片的腳 5 和腳 7 間串聯(lián)一個電阻 Ra 就可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)死區(qū)時間。另外，它的軟啟動電路也非常容易設(shè)計，只需在管腳 8 接一個軟啟動電容即可。 SG3525A 的振蕩頻率可表示為 式中： C。 分別是與腳 腳 6 相連的振蕩器的電容和電阻； Ra 是與腳 7 相連的放電端電阻值。該芯片外圍電路簡單， 11 和 14 腳輸出采用圖騰柱，電流驅(qū)動能力強，可直接控制半橋逆變器的上下功率管 S1， S2，其外圍電路如圖 所示。 圖 PWM 控制電路外圍接線 隔離驅(qū)動電路 從 SG3525A 的 11， 14 腳出來的 PWM 信號驅(qū)動 PC817 光耦，經(jīng)光耦隔離后，送到IR2110 專用集成驅(qū)動電路，進而去驅(qū)動功率 MOSFET 管 S1 和 S2， IR2110 外圍電路連接如圖 所示。 33 圖 驅(qū)動電路外圍接線 在帶有輸出電流反饋的開關(guān) LED驅(qū)動器中，一般還需要反饋補償來穩(wěn)定轉(zhuǎn)換器，并調(diào)節(jié)電流以達到期望的電流值。這些反饋方案的瞬態(tài)響應(yīng)性能是有限的，無法滿足 LED的 PWM 亮度調(diào)節(jié)所需要的快速開／關(guān)瞬態(tài)響應(yīng)。然而，本文所描述的轉(zhuǎn)換器并不要求任何反饋補償。該控制方案所用的唯一反饋信息是 通過傳感電阻獲得流經(jīng) MOSFET 的峰值電流。因為轉(zhuǎn)換器在每個周期都存儲所需的能量，所以它可以對瞬態(tài)做出即時響應(yīng)。因此它可以很方便地與 PWM 亮度調(diào)節(jié)方案一起工作。 34 結(jié)束語 由于時間上的關(guān)系 和實驗設(shè)備，本設(shè)計的技術(shù)參數(shù)和很多相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)并沒有通過具體實驗的有力驗證。 只能在理論上給以論證和說明。本論文絕大多數(shù)的設(shè)計思想和方法都是在現(xiàn)有的、成熟的理論支持下進行的，可靠性和可行性都很高，不但符合開關(guān)電源的設(shè)計要求，而且符合驅(qū)動 LED 在各方面在條件。是驅(qū)動 LED 電源在合理，實用在開關(guān)電源。 開關(guān)電源 亦稱為無工頻變壓器的電源。它是利用體積很小的高頻變壓器來實現(xiàn)電壓變換及電網(wǎng)隔離的，不僅能去掉笨重的工頻變壓器，還可采用體積較小的濾波組件和散熱器，這就為研究與開發(fā)高效率、高密度、高可靠性、體積小、重量輕的開關(guān)電源莫定了基礎(chǔ)。在開關(guān)電源中，為了實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程控制等功能，以及減小體積、減輕重量，高壓功率集成電路得到廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展。采用了這種集成電路來調(diào)節(jié)和控制的開關(guān)電源，不但外部電路簡單，組件數(shù)目少，而且可以和微處理器直接接口或通過局域網(wǎng) (LAN)來實現(xiàn)編程或控制功能，是目前高效率、多功能開關(guān)電源的最佳 解決方案。 亦能為驅(qū)動 LED設(shè)計出最佳大方案。 本文主要通過對電源的各個電路模塊（ EMI 電路，輸入整流濾波電路，高頻變壓器）和反饋電路和 PWM控制回路的設(shè)計和優(yōu)化達到本次設(shè)計的要求，還對 LED 本身的電壓電流特性的認(rèn)真考慮，針對恒流驅(qū)動 LED 串做出的電路設(shè)計。 此外，電路參數(shù)的計算和整定都是以較有影響力的文獻為依據(jù)和參考，本次的設(shè)計主要參照了 我校張占松教授等所編著的《開關(guān)電源的原理和設(shè)計》 。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品的集成度和布線密度都將大大提高，電子產(chǎn)品正向著多功能、小型化和高效率的方向發(fā)展，其中離不開電 源的小型化和高效率 。開關(guān)電源的發(fā)展還將很長遠(yuǎn)。而且對于驅(qū)動 LED 的電源方向目前的研究還沒有完全應(yīng)用到開關(guān)電源的高品質(zhì)的設(shè)計 [10]，所以 LED 驅(qū)動電源的發(fā)展是有很大的前景的。 35 參考文獻 [