基于PFC的LED驱动电源
eeskill 2022-09-20

LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电源转换器,通常情况下:LED驱动电源的输入包括高压工频交流(即市电)、低压直流、高压直流、低压高频交流(如电子变压器的输出)等。

而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。

1系统工作原理及技术指标

1.1工作原理

LED驱动器主要用于大功率照明。设计时必须达到正常照明要求;满足高效率、低成本和小体积;电源驱动器的输出必须采用恒流控制;充分考虑安全工作。

交流输入首先进人防雷浪涌保护及EMI路,该部分电路即防止外部干扰侵入电源内部,同时又阻止内部的干扰进入交流输电系统;正常输入交流经整流滤波电路,进入功率因数校正电路,进行电压电流波形调制,实现功率因素和电流谐波要求;经恒流控制电路实现恒流输出,实现LED正常工作。工作原理图,如图1所示。

1.2技术指标

系统设计技术指标要求,如表1所示。

2PFC驱动电路设计

系统选用具有芯片价格廉价、便于设计、没有开通损耗。

升压管关断时是零电流自然关断,承受的尖峰较小.损耗也相应较小等优点的临界导通型控制模式(CRM),CRM模式的工作原理框图如图2所示[6-8]。用于CRM模式控制的芯片比较多,ST公司的L6562D芯片具有性能优良、可靠性高、价格低廉等特点,故选择该芯片。本系统采用控制芯片L6562D设计PFC电路,具有外部电路简洁,逐个脉冲进行电流限制,有可编程的输出过压保护和开环保护功能。电路原理如图3所示

2.1高频滤波电容

设计要求最低、最低输入电压、最大输出功率分别为V(nln)=17V、V(唧)=264V、Po)=90W,PFC电路工作频率f~=90kHz,输出电压Vo=400V,PFC电路效率7/=96%,根据式(1)可得Im=O.58A。

2.4变压器的匝数

因此处的电感不仅作为电感,还要作为一个变压器用来产生控制IC所需要的电源。可以推算出在输入电压为170VAC时的工作频率,作为变压器副边供电,必须保证IC能够正常工作,为此处设定工作电压为l8V。选择TDK的PQ26/2o型磁芯:Ae=l19mm。取其最大的磁通密度为:AB=O.25T。据式(5)得Nr.=49.5,选50匝。据式(6)可计算D=0.4。据据式(7)可得Ns=5匝。

2.5PFC的MOSFET原边电流在在最低电压的时候其电流有效值为最大,通过式(8)的近似计算。0.58A,实际上在MOSFET关断的时候,其上面是没有电流流过的,可以选用场效应管SPP20一N60C3。

3辅助电路设计

3.1保护功能

该系统设计要求有输出的过电压、短路和过温等保护功能。VIN0=2.2uF.L_FC3=0.1uF

输出过压保护是通过检测输出电压,当输出电压超过保护点时.通过光祸隔离将触发信号传输到初级,拉低控制芯片L6565D的COMP端,使电源无输出。

输出短路保护是通过电阻采样输出电流.当输出电流超过设定的保护点(2A)时,比较器翻转,驱动光祸导通,光祸的次级将控制芯片L6565D的COMP端,使电源无输出。当短路状态解除以后,能够自动恢复输出。

输出过温保护通过在控制芯片L6565D的供电电源端VCC串联一个105℃的常闭温度继电器ST一22来实现.温度继电器贴装在主功率管的散热器上.当温度超过105oC时,温度继电器断开,电源输出关闭,当温度恢复至95℃左右时,温度继电器重新闭合.电源输出恢复。

3.2BUCK恒流源电路

BUCK电路拓扑形式简洁,外围元件少,效率高,电路原理如图所示,控制芯片选用MPs公司的MP4688,电路如图4所示。

3.3防浪涌、防雷、EMI滤波电路

本电源是为LED路灯供电.防浪涌、防雷是基本要求之

一,较大的输入功率(约90W)使得EMI滤波也是其重要指标要求,针对这三个技术指标,设计电路如图5所示。

压敏电阻RV。起到防浪涌的作用,RV:、RV3、VG1(气放管)共同构成防雷电路,共模电感、L。、cI—C构成EMI滤波电路,保险丝F1提供输入短路保护,~3为C。、提供放电通路。

4系统测试测试框图如图6所示。A4.1绝缘电阻测试用绝缘耐压测试仪测试被测电源输入对输出,输入、输出对外壳的绝缘电阻Ra,应大于等于50MI},测试电压:DC500V,分别短接输入端子和输出端子。

4.2绝缘强度测试用绝缘耐压测试仪测试被测电源.施加下列条件并保持lmin,应无击穿和闪络现象。分别短接输入端子和输出端子。

4.3短路保护功能测试按测试框图所示连接电源供电、调压器、智能电量测量仪、被测电源、电子负载及各测量仪器仪表,调节调压器使输入电压为AC230V.被测电源正常工作。用电子负载的短路功能使被测电源输出短路,然后解除短路状态,被测电源应能恢复正常工作状态。被测电源的短路保护功能正常。

4.4高低温工作试验

将被测电源放入温度试验箱内,按测试框图连接好仪器仪表及电子负载。启动温度试验箱降温至一45℃±2℃。恒温2h后加电,进行测试。完成测试后开始升温。升温过程中保持被测电源额定工作状态,温度升至+45oC±2oC,恒温加电2h后进行测试。

通过测试,本系统解决措施是有效的,提高了变换器的效率,使本电源整体效率达到了技术要求。由实验数据结果和波形得出结论:基于PFC设计与实现的LED驱动电源,设计合理,调试和试验中性能可靠稳定,性能和指标都满足设计需求。

5结束语

LED被认为是未来最有前途的照明光源,而LED驱动电源是影响和制约LED寿命的最主要因素。本论文是在这一前景下,研制的基于PFC的LED驱动电源。该驱动电源损耗低,具有较高的功率因数和效率。该驱动电源电路形式简洁、外围元件少、体积小、功率密度较高、可靠性高,防水、防尘等效果良好,各项性能均满足标要求。

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