LED 路燈驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

郭潤(rùn)元

（運(yùn)城學(xué)院，山西 運(yùn)城 044000）

1 LED 路燈驅(qū)動(dòng)電路基本結(jié)構(gòu)

常規(guī)LED路燈驅(qū)動(dòng)電路由輸出驅(qū)動(dòng)、電源轉(zhuǎn)換構(gòu)成。

1.1 輸出驅(qū)動(dòng)部分

LED 路燈驅(qū)動(dòng)器由恒壓、恒流兩種驅(qū)動(dòng)模式，前者能夠做到穩(wěn)壓，但電壓波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致劇烈波動(dòng)，導(dǎo)致LED 燈亮度不一致，而且該驅(qū)動(dòng)模式下的電路不允許負(fù)載短路。因此，為了確保LED 燈照明穩(wěn)定通常使用恒流輸出，該模式下的驅(qū)動(dòng)電路輸出電壓隨負(fù)載變化而變化，而且不能出現(xiàn)負(fù)載開(kāi)路。因此，在實(shí)踐應(yīng)用中，LED 路燈驅(qū)動(dòng)電源綜合了這兩種模式，即恒壓/恒流驅(qū)動(dòng)，以保證穩(wěn)定的輸出驅(qū)動(dòng)。當(dāng)電路低負(fù)載時(shí)運(yùn)行在恒壓區(qū)，反之運(yùn)行在恒流區(qū)，這樣可以有效防止電路短路或過(guò)載，確保驅(qū)動(dòng)電路穩(wěn)定工作。本次研究采用的是恒流/恒壓雙輸出驅(qū)動(dòng)模式[1]。

1.2 電源轉(zhuǎn)換部分

LED 路燈驅(qū)動(dòng)電源有AC/DC、、DC/DC 兩種電源轉(zhuǎn)換方式。當(dāng)前常用的是集成IC 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器。電源變壓轉(zhuǎn)換有“隔離”“非隔離”兩種形式。前者為輸入、輸出物理上隔離。“非隔離”表示沒(méi)有物理隔離。為了確保驅(qū)動(dòng)電路穩(wěn)定工作，大功率較大的LED 路燈驅(qū)動(dòng)電路往往是“隔離”型電源變壓轉(zhuǎn)換。

2 功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)

2.1 功率因數(shù)校正電路概述

部分開(kāi)關(guān)電源的輸入端的電流、電壓正弦波不同，需通過(guò)功率因數(shù)校正電路校正輸入電流的波形，提升功率因數(shù)，而且功率因數(shù)校正電路能保證DC-DC 變換器輸入電壓穩(wěn)定。功率因數(shù)校正電路包括無(wú)源、有源兩種。前者電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要用到控制回路，電路設(shè)計(jì)難度不大；但電感較大，影響其實(shí)際使用效果，且還給下一級(jí)的DC-DC 變換器電路設(shè)計(jì)帶來(lái)較大難度。因此，實(shí)踐應(yīng)用中開(kāi)關(guān)電源多用有源功率因數(shù)校正電路。源功率因數(shù)校正電路又可以分成單級(jí)、雙級(jí)兩類(lèi)[2]。

兩級(jí)轉(zhuǎn)換器使用同一個(gè)MOSFET，以減少損耗，找到成本與性能之間的平衡。由于LED 路燈驅(qū)動(dòng)功率因數(shù)必須不低于0.9，因此其驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中功率因數(shù)校正器不可缺少。本文提出的LED 路燈驅(qū)動(dòng)電路中采用有源單級(jí)功率因數(shù)校正電路。

2.2 功率因數(shù)校正電路

本次設(shè)計(jì)的LED 路燈驅(qū)動(dòng)電路中的功率因數(shù)校正電路采用功率達(dá)到250 W的NCP 1607芯片作為控制器，可適用于功率200 W 的LED 路燈驅(qū)動(dòng)電路中。NCP 1607 無(wú)需檢測(cè)輸入電壓，只需很小的電流就可以啟動(dòng)和運(yùn)行，通過(guò)運(yùn)行于臨界導(dǎo)通模式（CRM）達(dá)到最佳性能，在較大輸入電壓、功率范圍內(nèi)獲得理想的功率因數(shù)，而且NCP 1607 具備安全保護(hù)功能，適合用于功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)。

3 恒流驅(qū)動(dòng)輸出電路設(shè)計(jì)

圖1 功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)圖

本次設(shè)計(jì)的LED 路燈驅(qū)動(dòng)電路為恒流輸出，由LM3404HV 芯片控制。該芯片為降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，反饋電壓220 mV，輸入電壓范圍6～75 V，輸出電壓范圍0.2～75 V，恒流520 mA 驅(qū)動(dòng)LED；芯片中集成N-FET縮小芯片體積，占空比非常大。低端電流由外電阻器檢測(cè)；當(dāng)“Ron”引腳處于低電平時(shí)，關(guān)斷電流低，在輸入電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒定開(kāi)關(guān)頻率恒定；而芯片LM3404HV 支持PWM 調(diào)光，可經(jīng)由DIM 端口PWM 波占空比的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)調(diào)光。電路借助PLC 形成能調(diào)節(jié)占空比的PWM 波，然后將其加載到DIM 端實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)。本次設(shè)計(jì)的LED 路燈驅(qū)動(dòng)電路輸入電壓為60 V±5%；輸出電流為0.6 A±3%，電壓范圍為45～52 V，可以驅(qū)動(dòng)18 個(gè)大功率LED 路燈，每一個(gè)LED 路燈的電壓為3.5 V，輸出電壓為45.9 V。

4 反激準(zhǔn)諧振電路設(shè)計(jì)

準(zhǔn)諧振是一種常用的軟開(kāi)關(guān)電路，即電路諧振元件不再完整周期諧振，而是在某階段諧振，其諧振回路LC 值、振蕩頻率、電壓幅值不同，振蕩導(dǎo)致開(kāi)關(guān)電流、電壓波形正弦變化，為變換器零電壓開(kāi)斷提供了可能，基于準(zhǔn)諧振電路的變換器也叫準(zhǔn)諧振變換器。準(zhǔn)諧振變換器的最大優(yōu)點(diǎn)是可以有效減少可開(kāi)關(guān)損耗，為開(kāi)關(guān)開(kāi)斷提供良好的環(huán)境，也就是當(dāng)電壓為0 時(shí)，開(kāi)關(guān)可以正常開(kāi)斷，達(dá)到最大程度降低開(kāi)關(guān)損耗的目的。因?yàn)樘幱谥C振模式的開(kāi)關(guān)電壓、電流波形以正弦規(guī)律變化，所以可以?xún)?yōu)化開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)的條件，降低開(kāi)關(guān)損耗、開(kāi)關(guān)壓力。NCP1207 芯片體積小，穩(wěn)定性強(qiáng)。負(fù)載全滿(mǎn)的情況下NCP1207 芯片以準(zhǔn)諧振方式運(yùn)行，可以降低開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗；在常規(guī)負(fù)載下NCP1207 芯片以固定頻率方式運(yùn)行，在待機(jī)狀態(tài)下NCP1207 芯片可以通過(guò)降低開(kāi)關(guān)頻率以達(dá)到減小損耗的目的，最低運(yùn)行頻率為20 kHz，當(dāng)功率更低時(shí)NCP1207 芯片可以在頻率跳躍模式下運(yùn)行[3]。

NCP1207 芯片通過(guò)DRAIN 引腳給Cvcc充電至5 V，這取決于漏極電壓，如果漏極電壓高于M 級(jí)，啟動(dòng)電流源給Cvcc充電，當(dāng)Vcc引腳電壓高于芯片啟動(dòng)電壓值時(shí)，芯片啟動(dòng)。當(dāng)Vcc引腳電壓小于欠壓鎖定電壓值時(shí)芯片停止，處于安全重啟模式。為防止變壓器發(fā)出噪聲，控制器控制變壓器，使其電流上升。內(nèi)部電流源給電容充電最大到0.6 V，控制器運(yùn)行，電容放電過(guò)程就是控制器軟啟動(dòng)過(guò)程。充電電流保持到Isense引腳電壓接近0.6 V。Isense引腳電壓高于0.6 V 時(shí)，Iss電流值受限，引腳電壓達(dá)到Vccstart時(shí)充電電流源關(guān)閉，軟啟動(dòng)電流源消耗Vcc啟動(dòng)電流。基于NCP1207 芯片的反激準(zhǔn)諧振電路設(shè)計(jì)參數(shù)選擇：輸入電壓為550 V，最大輸壓為40～48 V；輸出電流為4.5 A；輸出功率為120 W；效率為0.92；開(kāi)關(guān)頻率為90 kHz。

5 結(jié)論

本文提出一種兩級(jí)LED 路燈驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方案，簡(jiǎn)述了LED 路燈驅(qū)動(dòng)電路基本結(jié)構(gòu)，并介紹了功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)、恒流驅(qū)動(dòng)輸出電路設(shè)計(jì)及反激準(zhǔn)諧振電路設(shè)計(jì)。