一款大功率LED驅(qū)動(dòng)電源電路設(shè)計(jì)解析
發(fā)布時(shí)間:2015-05-29 責(zé)任編輯:xueqi
【導(dǎo)讀】本文設(shè)計(jì)了一種LED光源驅(qū)動(dòng)電路,詳細(xì)介紹了其設(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。
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(zhǎng)、反應(yīng)速度快、高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn),已被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在同樣亮度下,LED光源耗電量?jī)H為普通白熾燈的十分之一,而壽命卻可以延長(zhǎng)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(zhǎng)的LED驅(qū)動(dòng)電源對(duì)于LED光源至關(guān)重要。
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(jiǎn)單的開/關(guān)控制方式來(lái)穩(wěn)定輸出電壓??刂破靼ㄒ粋€(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(guò)電壓電路、限流選擇電路、過(guò)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(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)。整體設(shè)計(jì)電路圖如圖1.
圖1:電源整體設(shè)計(jì)電路
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(wú)源功率因數(shù)校正電路,主要是通過(guò)改善輸入整流濾波電容的導(dǎo)通角方式來(lái)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(guò)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。
圖2:NCS1002芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)
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(cè)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)檢測(cè)到R16上的電流即輸出電流大于設(shè)定的值時(shí),電流通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)下式計(jì)算:
3.3變壓器的繞制
圖3:變壓的初級(jí)、次級(jí)和偏置繞組的繞制示意圖
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(guó)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。
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