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詳解:高效、安全的LED恒流驅(qū)動大功率電源設(shè)計

發(fā)布時間:2015-10-06 責任編輯:echolady

【導讀】在大功率電源的電路設(shè)計中,LED恒流驅(qū)動屬于其中的新成員。也是照明和家居領(lǐng)域中的新星。對電路設(shè)計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)動大功率電源的設(shè)計方案。

在該LED大功率電源的設(shè)計方案中,其電源主電路的設(shè)計圖如下圖圖1所示:

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

隔離反激式開關(guān)電源電路設(shè)計

在了解了這一LED恒流驅(qū)動電源的電路圖后,接下來我們首先來看一下在該電源方案的設(shè)計中,應該如何進行隔離反激式開關(guān)電源電路的設(shè)計。在該大功率電源的設(shè)計方案中,隔離反激式電源的拓撲結(jié)構(gòu)典型電路如圖2所示。從圖2中可以看到,當開關(guān)管VT1導通時,高頻變壓器T一次繞組的感應電壓為上正下負,由于變壓器的初級繞組和次級繞組的同名端相反,此時次級繞組的整流二極管VD1處于截止狀態(tài),初級繞組儲存能量。當開關(guān)管VT1截止時,變壓器初級繞組儲存的能量通過次級繞組和VD1。整流和電容C1,濾波后向負載輸出。

從這種隔離反激式開關(guān)電源電路的運行模式中可以得出結(jié)論,電源變壓器在這個電路中有兩個作用,即:當開關(guān)管導通時,變壓器儲存能量。當開關(guān)管截止時,變壓器通過磁芯將能量傳遞給次級繞組,供給負載。這種拓撲結(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現(xiàn)初級繞組和次級繞組的隔離。

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

與其他的開關(guān)電源一樣,LED恒流驅(qū)動電源的變壓器設(shè)計也同樣是整個方案的核心所在,這種反激式的開關(guān)變壓器在電路中起到兩個作用:儲能電感,當開關(guān)管導通時,初級繞組開始儲存能量;當開關(guān)管截止時,初級繞組儲存的能量通過磁芯傳遞給次級繞組。因此,該設(shè)計對于電感主要考慮的是是初級繞組的電感量和各繞組之間的匝數(shù)比。在計算這兩個參數(shù)的同時,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)計方案中,整個電路的最大占空比為45%,效率預計為85%,輸出功率為40×0.35—14w,開關(guān)頻率為60kHz,經(jīng)過理論計算并考慮裕量,本設(shè)計初級繞組的電感數(shù)值取1.5mH。根據(jù)測試結(jié)果,變壓器的磁芯系數(shù)為88.7μH,所以有初級繞組的匝數(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)過公式計算,當電源加到負載的電壓40V時,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,初級繞組已經(jīng)確定為130匝,則次級繞組的匝數(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,對于反激式開關(guān)電源,最大占空比小于50%時,系統(tǒng)是固有穩(wěn)定的,不用增加補償電路。

功率因數(shù)校正電路設(shè)計

由于LED恒流驅(qū)動電源的電路中經(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,一般不會超過0.6,這就需要工程師采用相應的措施來提高電路中的功率因數(shù)。在該設(shè)計方案中,我們所采用的是平衡半橋補償電路法,來提升電路中的功率因數(shù),其電路原理如圖3所示。

詳解:高效、安全的LED恒流驅(qū)動大功率電源設(shè)計
圖3 平衡半橋補償電路圖

在使用了平衡半橋補償電路進行功率因數(shù)補償設(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,能夠增加導通角,在正半周期可以將導通角擴展到30°至150°在負半周期可拓展到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LED恒流驅(qū)動大功率電源的電路設(shè)計過程,所進行的簡要分析和介紹,希望能夠?qū)Ω魑辉O(shè)計研發(fā)人員的工作有所幫助。

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