【導讀】在大功率電源的電路設計中，LED恒流驅動屬于其中的新成員。也是照明和家居領域中的新星。對電路設計的可靠性方面要求頗多。本文就分析并詳解了高效、安全的LED恒流驅動大功率電源的設計方案。
在該LED大功率電源的設計方案中，其電源主電路的設計圖如下圖圖1所示：
圖1 LED恒流驅動大功率電源電路圖
隔離反激式開關電源電路設計
在了解了這一LED恒流驅動電源的電路圖后，接下來我們首先來看一下在該電源方案的設計中，應該如何進行隔離反激式開關電源電路的設計。在該大功率電源的設計方案中，隔離反激式電源的拓撲結構典型電路如圖2所示。從圖2中可以看到，當開關管VT1導通時，高頻變壓器T一次繞組的感應電壓為上正下負，由于變壓器的初級繞組和次級繞組的同名端相反，此時次級繞組的整流二極管VD1處于截止狀態(tài)，初級繞組儲存能量。當開關管VT1截止時，變壓器初級繞組儲存的能量通過次級繞組和VD1。整流和電容C1，濾波后向負載輸出。
從這種隔離反激式開關電源電路的運行模式中可以得出結論，電源變壓器在這個電路中有兩個作用，即：當開關管導通時，變壓器儲存能量。當開關管截止時，變壓器通過磁芯將能量傳遞給次級繞組，供給負載。這種拓撲結構的輸出功率一般在100w以內，且有較好的電壓調整率，如果需要精密控制輸出電流，可以在輸出回路串聯(lián)采樣電阻通過光耦反饋實現(xiàn)初級繞組和次級繞組的隔離。
圖2 隔離反激式開關電源電路
[page]開關變壓器的選擇與設計
與其他的開關電源一樣，LED恒流驅動電源的變壓器設計也同樣是整個方案的核心所在，這種反激式的開關變壓器在電路中起到兩個作用：儲能電感，當開關管導通時，初級繞組開始儲存能量；當開關管截止時，初級繞組儲存的能量通過磁芯傳遞給次級繞組。因此，該設計對于電感主要考慮的是是初級繞組的電感量和各繞組之間的匝數(shù)比。在計算這兩個參數(shù)的同時，也涉及到電源的輸入功率、輸出功率、效率和開關頻率等問題。在該LED大功率電源的設計方案中，整個電路的最大占空比為45%，效率預計為85%，輸出功率為40×0.35—14w，開關頻率為60kHz，經(jīng)過理論計算并考慮裕量，本設計初級繞組的電感數(shù)值取1.5mH。根據(jù)測試結果，變壓器的磁芯系數(shù)為88.7μH，所以有初級繞組的匝數(shù)為130匝。
在本方案中，我們采用的是基于最大占空比的方法來確定變壓器匝數(shù)比。經(jīng)過公式計算，當電源加到負載的電壓40V時，再考慮輸出二極管的壓降0.6V。則變壓器的匝數(shù)比為0.45，這里計算出來的結果是匝數(shù)比N的最小值。根據(jù)電感量的要求，初級繞組已經(jīng)確定為130匝，則次級繞組的匝數(shù)為58.5匝，為了方便繞制，可將匝數(shù)取為60匝，匝數(shù)比N為0.46，對于反激式開關電源，最大占空比小于50%時，系統(tǒng)是固有穩(wěn)定的，不用增加補償電路。
功率因數(shù)校正電路設計
由于LED恒流驅動電源的電路中經(jīng)常采用電感和電容等元件，因此很容易引起相位漂移，所以功率因數(shù)比較低，一般不會超過0.6，這就需要工程師采用相應的措施來提高電路中的功率因數(shù)。在該設計方案中，我們所采用的是平衡半橋補償電路法，來提升電路中的功率因數(shù)，其電路原理如圖3所示。
圖3 平衡半橋補償電路圖
在使用了平衡半橋補償電路進行功率因數(shù)補償設置后，該電路中的電容C1和C2采用10μF/400 V的電解電容，兩電容參數(shù)相同，通過電容的充放電作用，能夠增加導通角，在正半周期可以將導通角擴展到30°至150°在負半周期可拓展到210°至330°。因此通過該電路可以將功率因數(shù)從0.6提高到0.85-0.9。
以上就是本文針對LED恒流驅動大功率電源的電路設計過程，所進行的簡要分析和介紹，希望能夠對各位設計研發(fā)人員的工作有所幫助。
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