LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、開關(guān)電源課程設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師：熊春宇 姓名 ：李麗麗 學(xué)號(hào) ：200701071235 LED照明驅(qū)動(dòng)開關(guān)電源設(shè)計(jì) (李麗麗，大慶師范學(xué)院物電學(xué)院07級(jí)電子信息工程專業(yè))摘要：LED照明驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)了恒流輸出、空載保護(hù)、隔離輸出及EMC等功能.系應(yīng)用于LED照明驅(qū)動(dòng)的開關(guān)電源電路。采用PWM自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)恒流輸出，穩(wěn)壓管過(guò)壓鎖定實(shí)現(xiàn)空載保護(hù)，電磁隔離和光隔離實(shí)現(xiàn)隔離輸出。經(jīng)過(guò)多次的運(yùn)行與檢測(cè)，實(shí)踐證明該電路恒流輸出穩(wěn)定，發(fā)熱量低。本設(shè)計(jì)體積小,微調(diào)反饋電路可設(shè)置作為為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)常用的350mA或700mA恒流輸出?？蓮V泛適用于生活照明，商用照明。關(guān)鍵詞:LED驅(qū)動(dòng)電源;發(fā)熱低恒流;隔離低成本Abstr

2、act：LED lighting design drive the constant-current output, the output and protection, isolation no-load EMC etc. Function. Is applied to the switch power LED lighting driving circuit. Using PWM automatic adjustment output voltage, the constant-current over-voltage protection tube, electromagnetic no

3、-load realize locking and isolation realize isolation output isolation. After many operation and test, the practice has proved that the constant-current circuits, low heat stable output. This design, small size, fine-tuning feedback circuit can be set as the common 350mA LED drive or 700mA constant-

4、current output. Life can be widely used in commercial lighting, lighting.Key words：Leds driving power；Fever is low； Constant flow；Isolation； Low cost0概述0.1選題的目的與意義：全球能源緊張，提高電器的效率是行之有效的方法。照明用電占據(jù)全球21%的總用電量，如果能提高照明用的的效率，可以有效緩解能源緊張。如何提高照明系統(tǒng)的能源利用率，延長(zhǎng)照明系統(tǒng)的壽命，并且是綠色無(wú)污染的？取代白熾燈，熒光燈，節(jié)能燈的第四代照明燈具是什么？業(yè)界給出的答案就是LED

5、燈照明。LED照明每W流明數(shù)可達(dá)到120lm。遠(yuǎn)高于白熾燈和日光燈，此外LED燈珠壽命可長(zhǎng)達(dá)十萬(wàn)小時(shí)，并且綠色無(wú)污染。LED照明具備的這些優(yōu)點(diǎn)決定了其應(yīng)用前景是非常廣闊的。LED照明應(yīng)用上的限制在于LED有固定的正向壓降，電流也有上限（工作電流是影響LED壽命的主要因素）。大功率白光LED上的正向壓降一般為3-4V，不能直接使用市電驅(qū)動(dòng)。因此一個(gè)和LED燈珠匹配的高效，環(huán)保，長(zhǎng)壽命的電源是必須的，這正是這次選題的意義與目的所在。0.2研究現(xiàn)狀開關(guān)電源的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，由于LED驅(qū)動(dòng)的降壓技術(shù)大部分采用開關(guān)電源。因此即使是LED驅(qū)動(dòng)電源真正進(jìn)入研究的時(shí)間不算長(zhǎng)，卻無(wú)礙其技術(shù)的成熟。LED驅(qū)動(dòng)要

6、求的技術(shù)特點(diǎn)是：壽命長(zhǎng)，體積?。ㄌ貏e商用照明和家用照明，最好可以內(nèi)嵌到燈頭）。眾所周知，絕大部分開關(guān)電源都需要一個(gè)輸出濾波的電解電容，即使高品質(zhì)的電解電容，工作在100攝氏度左右，壽命也只有1Wh左右。毫無(wú)疑問(wèn)，電解電容正是LED燈整體壽命的瓶頸。而內(nèi)嵌式驅(qū)動(dòng)板上的電解電容，由于LED的發(fā)熱以及驅(qū)動(dòng)板本身的發(fā)熱，長(zhǎng)期在高溫工作，更使電解電容壽命減短。目前已經(jīng)有集成電路，無(wú)需輸出電解電容，僅需幾個(gè)外圍就能直接驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光。這使得LED照明的長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)確實(shí)得到保障。另外一點(diǎn)，限制LED燈 壽命是工作時(shí)的溫度，目前臺(tái)灣某技術(shù)機(jī)構(gòu)解決方法為，使LED燈珠像一個(gè)燈一樣可拔插，使LED燈成為可維護(hù)產(chǎn)品

7、。除了技術(shù)上的創(chuàng)新外，還有組合上的創(chuàng)新，例如加入調(diào)光技術(shù)（模擬調(diào)光，數(shù)字調(diào)光，Triac調(diào)光）；用三色LED組成色光可調(diào)制系統(tǒng)；采用頻率抖動(dòng)技術(shù)減少EMI；加入功率因數(shù)校正電路等1系統(tǒng)組成及設(shè)計(jì)思路1.1系統(tǒng)性能指標(biāo)：1、主輸出最大輸出功率為14W，輔助輸出為0.5W，總輸出小于15W；2、輸出電流為恒定350mA；3、最大輸出電壓為40V；4、滿負(fù)荷下轉(zhuǎn)換效率大于85%；5、負(fù)載為350mA時(shí)最大紋波為5mV；6、因?yàn)闆](méi)有添加功率因數(shù)模塊，因此PF值最低僅為0.45左右；7、最少可以接一個(gè)1W的高亮度LED，最多可以驅(qū)動(dòng)12個(gè)1W的高亮度LED（全功率輸出時(shí)TNY280應(yīng)添加散熱片）。1.2

8、系統(tǒng)組成及設(shè)計(jì)思路：1設(shè)計(jì)思路： 考慮到家庭常用的是5×1W，或6×1W，商用照明常用的是1×1W到12×1W，本設(shè)計(jì)采用恒流輸出，輸出電壓隨負(fù)載大小自動(dòng)調(diào)節(jié)的適用廣泛的設(shè)計(jì)。 考慮到國(guó)內(nèi)采用50HZ、220V的供電系統(tǒng)，而美國(guó)、歐洲、日本居民用電從110V-240V不等，再考慮到網(wǎng)壓10%的波動(dòng)，系統(tǒng)把輸入放寬到從85V-265V。本著設(shè)計(jì)一款符合社會(huì)要求的真正節(jié)能、節(jié)錢、長(zhǎng)壽的LED驅(qū)動(dòng)電源的思想。在能效轉(zhuǎn)換和產(chǎn)品成本上作出折中的選擇，轉(zhuǎn)換效率要求在75%以上；元件選擇盡可能采用了常見型號(hào)，滿足要求的情況下，盡可能采用國(guó)產(chǎn)的元器件（例如采用常用的1N

9、4007,1N4148，PI公司的TinySwitch-系列，電容采用國(guó)產(chǎn)的BHA，Jwco）。對(duì)于批量生產(chǎn)，能有效降低成本，使LED照明更容易走進(jìn)人民生活。2系統(tǒng)組成：系統(tǒng)框圖如圖示此圖為PI軟件設(shè)計(jì)出的參考框圖 本系統(tǒng)采用了LED驅(qū)動(dòng)電路中常用的單端反激式拓?fù)?，該拓?fù)湓O(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單。輸入采用了四個(gè)1N4007作為全波整流，而后經(jīng)過(guò)型濾波器整流，采用了PI公司的TinySwich-系列中功率容量最大的TNY280作為開關(guān)控制IC，采用EE19磁芯實(shí)現(xiàn)初次級(jí)隔離，采用雙路輸出實(shí)現(xiàn)運(yùn)放的獨(dú)立供電，采用運(yùn)放和電壓比較器作為反饋控制以實(shí)現(xiàn)高精度恒流控制。采用低導(dǎo)通壓降的肖特基整流管ER303減少二極管

10、發(fā)熱，濾波電容采用ESR可接受的普通電解電容降低電容溫升。2硬件電路的設(shè)計(jì)2.1電路設(shè)計(jì)電路原理圖如圖2.1所示。圖2.1用PI公司的軟件PI Expert 7設(shè)計(jì)出電路框圖如圖2.2。該軟件設(shè)計(jì)出的原理圖基本都采用比較極限的參數(shù)。因此修改了高頻變壓器從EE19改為EE20/20/5（磁芯氣隙改?。?。開關(guān)IC也從TNY275改為TNY280。目的是使得整個(gè)電路發(fā)熱量減少，更加穩(wěn)定，以適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。 圖2.2改為僅采用一個(gè)0.1的X電容作為差模抑制，把單電容濾波改為型濾波。此外改動(dòng)較大的是反饋回路，如果只采用TL431作為恒壓控制，控制精度較低，且不好實(shí)現(xiàn)恒流控制；假設(shè)采用三極管S85

11、50加TL431作為恒流穩(wěn)壓控制，精度不夠高，并且電流采樣電阻一定要取較大阻值，導(dǎo)致效率下降。因此本設(shè)計(jì)采用SOP封裝的雙運(yùn)放LM358，可實(shí)現(xiàn)高精度（變化小于2%）的恒流控制，穩(wěn)妥的過(guò)壓保護(hù)。電流取樣電阻可改為小至0.5（為減小體積，用兩個(gè)1電阻并聯(lián)）的高精度（誤差值為1%）金屬膜電阻。先看運(yùn)放LM358的B部分組成的電壓比較器，連接比較器B反相端的外圍電路，是可控穩(wěn)壓管TL431組成的恒壓源。TL431的陽(yáng)極和ref端連接在一起，此時(shí)陽(yáng)極的電壓約為2.5V。因此電壓比較器B反相端的電壓接近于2.5V。圖2.31、運(yùn)放358的A部分：通過(guò)0.5（兩個(gè)1的并聯(lián)，阻值應(yīng)盡量減少，以提高效率）的金

12、屬膜高精度電阻串接接到輸出回路作為電流取樣電阻，經(jīng)4702電阻連接到運(yùn)放A同相端進(jìn)行加大。應(yīng)該令運(yùn)放A的輸出電壓（也就是電壓比較器B同相端輸入電壓）在額定輸出恒流（1W LED燈珠的工作點(diǎn)，350mA）時(shí)剛好等于電壓比較器B的反相端電壓，也就是2.5V。通過(guò)電壓比較器B（運(yùn)放358的B部分）與穩(wěn)壓管的過(guò)壓回饋進(jìn)行電壓比較。正常工作時(shí)，電壓比較器同相端的電壓圍繞2.5V波動(dòng)。假設(shè)某種原因?qū)е螺敵鲭娏鬟^(guò)大，則比較器B同相端電壓高于反相端，電壓比較器輸出高電平，光耦內(nèi)部發(fā)光二極管導(dǎo)通，于是光耦的C腳將從TNY280的EN/UV腳引出較大電流，導(dǎo)致TNY280內(nèi)部MOS管的PWM方波占空比降低，使得輸

13、出電壓回落，輸出電流也就降低了，就這樣達(dá)到恒流的目的。同樣的，當(dāng)某種原因?qū)е螺敵鲭娏鹘档停容^器反相端電平高于同相端電平，光耦C腳引出較小電流，導(dǎo)致TNY280內(nèi)部MOS管的PWM方波占空比升高，使得輸出電壓回升，輸出電流也就增大了，達(dá)到恒流的目的?？梢姯h(huán)路為負(fù)反饋控制，實(shí)現(xiàn)恒流。2、過(guò)壓保護(hù)主要由電壓比較器B實(shí)現(xiàn)：空載時(shí)，輸出端電壓VCC1不斷上沖，達(dá)到兩個(gè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值之和以后。穩(wěn)壓管導(dǎo)通，微電流約為0.04mA。該電流在同相端產(chǎn)生約5V的高電平，電壓比較器B同相端比反相端電壓要高，電壓比較器輸出高電平。通過(guò)光耦令TNY280的使能引腳EN/UV導(dǎo)出較大電流，控制TNY280的脈沖信號(hào)減少，所以輸出將穩(wěn)定在40V上下。不會(huì)一直上沖而導(dǎo)致炸機(jī)。 圖2.43結(jié)論隨著 LED芯片制造技術(shù)的發(fā)展 ,它的亮度會(huì)不斷提高 ,價(jià)格也會(huì)不斷下降 ,這將促使 LED步入千家萬(wàn)戶 ,成為本世紀(jì)的主導(dǎo)光源。在照明工程中推廣和普及使用 LED,將為節(jié)約我國(guó)寶貴的資源 ,保護(hù)我們脆弱的環(huán)境發(fā)揮出巨大的作用?？梢灶A(yù)見 ,LED照明將迅速成為人類照明的主要方式。本世紀(jì)的夜空必將被 LED燈照得通徹明亮。參考文獻(xiàn)1開關(guān)電源設(shè)計(jì)第二版 Ab