一種大功率LED照明驅動電源的設計與研究

摘要：針對大功率LED照明驅動的需求，本文設計了一款基于L6561和OB2269芯片的LED驅動電源。該驅動電源采用兩級驅動結構，前級為工作在臨界斷續模式的有源功率因數校正電路，后級為單端反激變換電路。最后，基于以上設計制作出一臺輸入寬電壓范圍100～240V、輸出36V/3A的108W驅動電源，并通過實驗測試，驗證所設計驅動電源的可行性。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/233869.htm

關鍵詞：驅動電源；功率因數校正；單端反激

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.2.008

第一作者簡介： 周俊生， （1968 - ） 男， 廣東饒平人， 碩士，工程師， 華南理工大學， 研究方向： 電子電路、電子工藝和焊接技術。

1 驅動電源整體結構

本文設計的大功率LED驅動電源采用兩級結構。市電220V交流電經過整流濾波電路后，進入前級的有源功率因數校正（APFC）電路，輸出穩定的直流后，通過后級的單端反激變換電路進行降壓，實現穩態恒功率控制[1-2]，其結構框圖如圖1所示。

計算得到Co為102.9μF。

因電容器的電容量存在誤差，還需要考慮降額使用。在此設計中降額20%，故選用標稱值150μF、耐壓值420V的電解電容。

2.3 功率MOSFET的選擇

選擇MOSFET的主要參考依據是導通電阻RDSon，針對功率因數校正技術的應用，開關管的耐壓是由過壓允許值以及輸出電壓決定的，它所能承受的最大電壓出現在開關管的關斷時刻，大約為電源額定直流的輸出電壓值[4]。在選用開關管時，它的耐壓規格最好留出20%的電壓裕量，因此本設計中采用的開關管源漏極承受電壓為VDSS≥1.2V0=480V。流過MOSFET的最大平均電流為

電流檢測比較器的反向輸入端，通過L6561芯片的CS引腳，可檢測流過電感的瞬間電流大小，并藉由外部檢測電阻RS轉換成電壓值。一旦這個值達到了乘法器輸的出極限值，PWM的栓鎖就被重置、MOSFET就被關閉。在PWM栓鎖還未被ZCD訊號設定之前，MOSFET都會在關閉的狀態。感測電阻值RS的大小由下式計算：

管腳3是乘法器的第二個輸入端；整流后的電壓通過一個電阻分壓網絡連接到此引腳，以獲得一個正弦波的參考電壓信號[5]。乘法器可由以下關系描述：

3 單端反激恒流電路

本設計采用單端反激式變換器，使用On-Bright（昂寶）公司OB2269芯片[6]。反激式變換器電路的原理圖設計如圖4所示。

3.1 變壓器的設計

設計反激式變壓器，就是要讓反激式開關電源工作在一個合理工作點，使其發熱量盡量少[7-8]。

求得NS=8.29，取9匝。兩個輔助繞組，一個用于輸出端恒流芯片供電，一個用于去磁檢測，取兩個輔助繞組的輸出電壓為15V，其匝數均為：NA=15×Ns/（Vo+VF）。計算NA=3.69，取4匝。

變壓器繞制，初級線圈采用0.4mm漆包線，次級繞組及兩個輔助繞組采用0.3mm漆包線，為降低集膚效應影響，都采用3股并繞法。繞線占用窗口面積為20.19mm2，小于PQ3230型鐵氧體磁芯的窗口面積，因此線圈繞制合理。變壓器需開氣隙為：Ig=4π×10-7？Np？Ag/Lp=0.34mm。3.2 開關管的選擇

開關管承受最大電壓有PFC輸入電壓、原邊感應電壓和開關管關斷時初級線圈沖擊電壓，電壓之和約為638V。開關管開通延遲與關斷延遲時間都要盡可能短，以提高開關速度，避免造成無謂損耗。考慮裕量和開關管損耗，在此選用Infineon公司的20N60S5。

3.3 恒流限壓控制電路的設計

限壓控制方面，選用德州儀器公司生產的三端可調分流基準源TL431A。在應用中要選擇傳輸系數和耐壓較高的光電耦合器，選用型號為PC817的光耦器。另外需通過R16、R17、R18對TL431A進行分壓，分別取R16=3kΩ、R17=100kΩ、R18=39kΩ，計算能得到穩定時V1=36V，符合條件。恒流控制方面，選用型號為LM358的運算放大器。

4 實驗測試數據及分析

在完成電路調試和驅動電源的制作后，采用功率電阻模擬負載的方式，對電源樣機的實際工作情況進行了實驗測試。電源在不同輸入電壓條件下負載工作時所測得的數據如表1所示。從表中數據可以看出，在100到240V的寬輸入電壓范圍內，輸出電流均保持在3A左右，達到恒流輸出的效果。

電源在不同負載條件下工作時所測得的數據如表2所示。數據表明，電源效率及功率因數隨負載增加而上升。在滿負載的情況下，驅動電源樣機的功率因數達到96.9%，效率能達到86.75%，基本符合大功率LED照明系統對驅動電源的要求。

5 結論

本文從功率因數校正和變換器及其拓撲結構上進行了討論分析，設計出一款有源功率因素校正的單端反激變換大功率LED驅動電源，通過測試驅動電源的功率因數和效率，給出實驗結果并進行分析，驗證本文所述理論的正確性。

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