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詳解:高效、安全的LED恒流驅(qū)動(dòng)大功率電源設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2015-10-06 責(zé)任編輯:echolady

【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:

詳解:高效、安全的LED恒流驅(qū)動(dòng)大功率電源設(shè)計(jì)
圖1 LED恒流驅(qū)動(dòng)大功率電源電路圖

隔離反激式開(kāi)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(lái)我們首先來(lái)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí),變壓器初級(jí)繞組儲(chǔ)存的能量通過(guò)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(kāi)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(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí),變壓器儲(chǔ)存能量。當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止時(shí),變壓器通過(guò)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(guò)光耦反饋實(shí)現(xiàn)初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的隔離。

詳解:高效、安全的LED恒流驅(qū)動(dòng)大功率電源設(shè)計(jì)
圖2 隔離反激式開(kāi)關(guān)電源電路
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開(kāi)關(guān)變壓器的選擇與設(shè)計(jì)

與其他的開(kāi)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(kāi)關(guān)變壓器在電路中起到兩個(gè)作用:儲(chǔ)能電感,當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí),初級(jí)繞組開(kāi)始儲(chǔ)存能量;當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止時(shí),初級(jí)繞組儲(chǔ)存的能量通過(guò)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(kāi)關(guān)頻率等問(wèn)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(kāi)關(guān)頻率為60kHz,經(jīng)過(guò)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(lái)確定變壓器匝數(shù)比。經(jīng)過(guò)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(lái)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(kāi)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(guò)0.6,這就需要工程師采用相應(yīng)的措施來(lái)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(lái)提升電路中的功率因數(shù),其電路原理如圖3所示。

詳解:高效、安全的LED恒流驅(qū)動(dòng)大功率電源設(shè)計(jì)
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(guò)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(guò)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(guò)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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