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一種100 W LED路燈驅(qū)動電源設(shè)計

作者: 時間:2012-04-06 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:恒流型100 W 。該采用反激拓?fù)洌斎?20V/50 Hz的交流電,能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的恒流輸出,開路狀態(tài)下具有限壓保護(hù)功能。與傳統(tǒng)的相比,該電源兼顧了高效率和功率因數(shù),同時簡化了電路結(jié)構(gòu),降低了成本。在此對該電源的電路進(jìn)行簡要介紹,分析了恒流原理,同時闡述了變壓器的方法,最后搭建的樣機滿載效率達(dá)到87.5%,功率因數(shù)達(dá)到0.9以上,帶燈后恒流輸出在3 A,電流紋波小于50 mA。
關(guān)鍵詞:電源;反激變換器;恒流

1 引言
是半導(dǎo)體照明最終進(jìn)入千家萬戶的功能性照明的第一步,其優(yōu)點是省電、安全、環(huán)保、方向性強、長壽命、易維護(hù)、易控制等。用LED代替?zhèn)鹘y(tǒng)路燈,1盞每年可節(jié)電1 000 kW·h。近來,我國在硅基LED材料生長與芯片制造技術(shù)上取得了重大突破,從源頭上避開了目前國際主流的LED照明技術(shù)(藍(lán)寶石襯底LED照明技術(shù)和碳化硅襯底LED照明技術(shù))的專利制約,開辟出一條硅基氮化鎵LED照明新技術(shù)路線,這必將大幅降低LED的成本,進(jìn)一步推動大功率LED路燈的推廣。
目前的LED驅(qū)動電路主要有線性穩(wěn)壓源、開關(guān)穩(wěn)壓源、開關(guān)恒流源。線性穩(wěn)壓源的優(yōu)點是電路簡單,成本很低,缺點是效率低、溫升高、體積大;開關(guān)穩(wěn)壓源優(yōu)點是體積小、效率高、穩(wěn)壓范圍寬,缺點是亮度不穩(wěn)定,對元器件要求高;開關(guān)恒流源的優(yōu)點是效率高、體積小、LED亮度穩(wěn)定,缺點是對元器件要求高,LED大規(guī)模并聯(lián)亮度不一致。開關(guān)恒流源又主要分為反激電源和諧振電源,諧振電源效率相對較高,但成本也較大。作為路燈照明.要求驅(qū)動適應(yīng)惡劣環(huán)境,穩(wěn)定性高,電路簡單,同時燈應(yīng)無閃爍。因為路燈功率一般較大,整體亮度很高,對LED并聯(lián)串的亮度一致性要求不高。同時路燈照明對效率和成本要求較高,鑒于諧振電源相對反激電源效率提升有限,采用反激結(jié)構(gòu)的開關(guān)恒流源不失為100 W功率級LED路燈驅(qū)動的最佳選擇。
在此了一款結(jié)構(gòu)簡單,性能優(yōu)良的100WLED路燈驅(qū)動電源,采用反激拓?fù)?,實現(xiàn)了穩(wěn)定的恒流輸出,具有良好的過流、欠壓及過溫保護(hù)功能,同時兼顧了高效率和較高功率因數(shù)校正值。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
為了減少電網(wǎng)諧波,傳統(tǒng)大功率LED驅(qū)動電源一般由APFC+DC/DC變換器構(gòu)成,通常這樣的兩級結(jié)構(gòu)效率不超過85%,同時成本也會增加。文中LED驅(qū)動采用無源PFC反激變換拓?fù)洌到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/168199.htm

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EMI濾波采用標(biāo)準(zhǔn)的電感電容連接方式,抑制交流電網(wǎng)的高頻干擾和電源對交流電網(wǎng)的干擾。PFC部分采用填谷式無源PFC電路,這種電路結(jié)構(gòu)簡單,能夠?qū)崿F(xiàn)較高的功率因數(shù),缺點是輸出電壓波動較大,但由于后面接DC/DC電路,所以該缺點對此驅(qū)動電源無影響。PFC電路輸出的能量經(jīng)高頻變壓器傳遞給次級電路,高頻變壓器是驅(qū)動電源設(shè)計的關(guān)鍵,其設(shè)計將在后面詳細(xì)講解。功率MOSFET的選取是另一個關(guān)鍵,需考慮功率管的耐壓及變壓器初級電流,一般功率管的額定電流選為初級電流有效值的十倍,以保證足夠的余量。同時導(dǎo)通電阻要低,防止導(dǎo)通損耗過大。
該LED驅(qū)動采用通用的電流模式PWM控制器UC3843A作為主控芯片,該集成電路具有可微調(diào)的振蕩器、高增益誤差放大器,能進(jìn)行精確的占空比控制,同時具有多重保護(hù)功能,采用大電流圖騰柱輸出,是驅(qū)動功率MOSFET的理想器件。主拓?fù)洳捎梅醇ぷ儞Q拓?fù)?,通過控制開關(guān)管的開斷,將變壓器儲存的能量傳送到負(fù)載和輸出濾波電容。次級采用集成電路TSM101將電壓和電流采樣信號與內(nèi)部的基準(zhǔn)進(jìn)行比較,比較后的信號通過光耦反饋給初級的PWM控制器進(jìn)行脈寬調(diào)節(jié)以保證該LED驅(qū)動電源恒流輸出。當(dāng)恒流輸出失效時,能夠?qū)崿F(xiàn)恒壓輸出,保護(hù)負(fù)載。

3 設(shè)計原理
3.1 反激變換原理
該設(shè)計采用圖2所示的反激變換拓?fù)?,其工作原理是:開關(guān)管導(dǎo)通時,變壓器儲存能量,負(fù)載電流由輸出濾波電容提供;開關(guān)管關(guān)斷時,變壓器將儲存的能量傳送到負(fù)載和輸出濾波電容,以補償電容提供負(fù)載電流時消耗的能量。令Lp為變壓器初級勵磁電感,Ton為開關(guān)管導(dǎo)通時間,Udc為整流后的直流電壓,開關(guān)管開通結(jié)束時,初級電流ip=UdcTon/Lp,此時變壓器儲存的能量E=Lpip2/2。當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時,如果變壓器次級電流能夠降為零,則為不連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM),變壓器儲存的能量全部傳遞到次級:如果變壓器次級電流不能降為零,則為連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM),該設(shè)計滿載下采用CCM。


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