LED路燈的高效率電源驅(qū)動器設(shè)計

瞿家衍

飛利浦中國投資，北京 100005

1 LED路燈的電源驅(qū)動原理

近些年隨著大功率的LED發(fā)光技術(shù)的升級，大功率的白光LED進入了照明市場，越來越多的被應(yīng)用于通用照明領(lǐng)域。因為LED本身具有高光效、壽命長、抗浪涌能力差等特點，以此LED路燈的電源控制和驅(qū)動系統(tǒng)就成為了保證其功能和高效的重要基礎(chǔ)。

為了設(shè)計出更加安全可靠的電源驅(qū)動器，必須對其工作原理進行了解。本文對LED路燈電源驅(qū)動器的基本工作原理進行簡要的介紹：主要的系統(tǒng)設(shè)計是處采用隔離變壓器、PEC控制電源開關(guān)，并保證輸出為恒定的電壓，完成對LED路燈的驅(qū)動。因為實際中LED的抗浪涌的能力較差，尤其是對反向電壓更為敏感。所以在電源控制中應(yīng)當注意對這方面的保護效果的提高。同時，LED路燈主要的工作狀況是戶外，因此要增加對防浪涌的措施。因為對其供電的電網(wǎng)容易受到雷電的干擾，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流而涌入電網(wǎng)，從而導(dǎo)致對LED的破壞。所以電源的驅(qū)動也應(yīng)當具備抑制浪涌的功能，達到保護LED的效果。此時采用的EMI濾波電路就起到了這種防止電網(wǎng)諧波串入的模塊，以此保護路燈的電路正常工作。

2 LED路燈的電源驅(qū)動器的設(shè)計

2.1 驅(qū)動器設(shè)計簡述

針對LED路燈系統(tǒng)的電源控制器的設(shè)計需要考慮到其特地和基本要求才能達到目的。具體的情況如下：此系統(tǒng)中的每個路燈的功率在 100W以內(nèi)；為了提高路燈的實用性，路燈的LED被分為若干小組，每組LED則是串聯(lián)驅(qū)動，組與組之間為隔離驅(qū)動，保證單組損壞而不影響整個LED的工作；為了提高路燈的安全性，輸入和輸出系統(tǒng)需要有電氣隔離；電源的公因數(shù)必須維持在較高的水平。

在設(shè)計中為了滿足以上的基本需求，通常采用的是AC/DC恒壓電源和多路控制的DC/DC恒定流動驅(qū)動級聯(lián)的方式完成對多路的LED驅(qū)動。AC/DC部分采用的是反激形式拓撲，輸出的功率可以滿足LED的功率；DC/DC的部分采用國半德爾LED恒定電流芯片。其中在AC/DC部分所采用的反激式的電源所產(chǎn)生的損耗將影響電源的效率，其損耗主要有：一次場效應(yīng)晶體管的損耗，主要是導(dǎo)通和開關(guān)損耗；二次側(cè)的整流二極管造成的功率損耗；高頻變壓的固有的鐵損、銅損、漏感損耗等，為了提高整個電源的高效率就應(yīng)當對上面三種情況進行控制。

2.2 控制形式和零電壓設(shè)計

在提高效率的設(shè)計中，如采用ST所生產(chǎn)的L6562作為控制芯片，此芯片是一種較為經(jīng)濟的功率因數(shù)校正控制元器件。反激方式電源工作是在不連續(xù)導(dǎo)電的模式下進行工作的，通過前端的濾波其進行自動調(diào)整實現(xiàn)高功率。為了減小場效應(yīng)晶體管損耗，利用與芯片相適應(yīng)的器件，這樣可以有效的降低在導(dǎo)通時出現(xiàn)的損耗，同時還可以利用準諧振的技術(shù)實現(xiàn)場效應(yīng)晶體管的零電壓導(dǎo)通，完成對開關(guān)損耗的控制。

2.3 同步整流設(shè)計

通常的反激式開關(guān)在利用中二次側(cè)的整流二級管也會形成較大的損耗，為了實現(xiàn)高效率可以利用具有低導(dǎo)通降壓的二極管來緩解高損耗的問題，但是實踐中看，此種改進的效果并不明顯，同時一些設(shè)計中輸出的電壓較高，而肖特基二極管的反向耐壓性能并不理想，所以其不能滿足高效率需求。

實踐證明較好的方法是采用同步整流技術(shù)對功率進行調(diào)整，利用導(dǎo)通電阻較低的場效應(yīng)晶體管代替整流二極管。同步整流方式可以分為外驅(qū)動和內(nèi)驅(qū)動兩種，工作原理也可分為電壓型和電流型、諧振型驅(qū)動等。這些同步驅(qū)動的方式各自有其優(yōu)勢和不足。其中一種較為實用的是電流同步的控制驅(qū)動方案，但是因為驅(qū)動中選擇了場效應(yīng)晶體管門極驅(qū)動電壓鉗位在輸出電壓上，而門極穿電壓通常較低，因此要采用此種方法就要降低輸出電壓。

所以可以采用混合型的同步整流方法，其工作的原理為在兩個變壓器上的兩個繞組為T3、T4，其中T3設(shè)計為二次繞組主要負責能量的傳遞，T4則為輔助繞組。在T4上的電壓隨著T3電壓的升高而升高，用于開啟同步整流用場效應(yīng)管。此時的電流互感器中的兩個繞組也起到不同的作用，初級繞組是串聯(lián)在主電路中，是檢驗流經(jīng)的場效應(yīng)管的電流 ，當該繞組中的電流下降到0的時候，另一個繞組則將場效應(yīng)管斷開。所以此種方案可以利用電壓信號來控制場效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通，電流信號澤爾負責其關(guān)閉，不僅僅提高了效率還可以穩(wěn)定的工作，控制了無開通的情況。

2.4 變壓器的高效率設(shè)計

高頻率變壓器是隔離形式的電源中不可或缺的器件，在提升效率的方面也有著重要的作用。變壓的損耗主要來自銅損、鐵損、漏感損耗，此三者的損耗可以通過必要的手段進性損耗的控制，但是控制的措施不能完全達到綜合高效的目標效果。因此，新型的變壓器技術(shù)將高頻率供電系統(tǒng)進行了升級。此種變壓器的技術(shù)日趨成熟，主要特點是高度低，利用底部面積大的平面磁芯。此種變壓器采用的繞著是螺旋印制線構(gòu)成。和以往的變壓器相比此種平面型的變壓效果更高，工作效率也得到了提升，且體積小、漏感小、導(dǎo)熱性好、一致性強等。雖然其距離應(yīng)用還有一段時間，但是可以成為高端應(yīng)用領(lǐng)域的替代產(chǎn)品。

3 結(jié)論

LED路燈系統(tǒng)的高效率電源驅(qū)動器的設(shè)計，其首要的目的就是保證路燈的高頻率工況，同時防止供電系統(tǒng)中的干擾侵入到路燈系統(tǒng)中而造成損壞。其次，利用多種復(fù)合電路和晶體管來提高供電過程中的各種線路損耗，提高供電的效率，以此達到安全、高效的目的。

[1]魏大為.大功率LED路燈驅(qū)動電源的設(shè)計[J].電工技術(shù)，2009(5).

[2]張國雋.城市路燈照明節(jié)能方案的設(shè)計[J].廣東科技，2007(S2).

[3]陳發(fā)強.優(yōu)化路燈電源設(shè)計節(jié)約用電[J].科技資訊，2007(29).

[4]金香.路燈電源控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].節(jié)能，2009(9).