LED照明驱动开关电源设计[1]

　　1 概述

　　1.1 前言：

　　全球能源紧张，提高电器的效率是行之有效的方法。照明用电占据全球21%的总用电量，如果能提高照明用的的效率，可以有效缓解能源紧张。如何提高照明系统的能源利用率，延长照明系统的寿命，并且是绿色无污染的?取代白炽灯，荧光灯，节能灯的第四代照明灯具是什么?业界给出的答案就是LED灯照明。LED照明每W流明数可达到120lm。远高于白炽灯和日光灯，此外LED灯珠寿命可长达十万小时，并且绿色无污染。LED照明具备的这些优点决定了其应用前景是非常广阔的。LED照明应用上的限制在于LED有固定的正向压降，电流也有上限(工作电流是影响LED寿命的主要因素)。大功率白光LED上的正向压降一般为3-4V，不能直接使用市电驱动。因此一个和LED灯珠匹配的高效，环保，长寿命的电源是必须的，这正是这次选题的意义与目的所在。

　　1.2 研究现状

　　开关电源的技术已经非常成熟，由于LED驱动的降压技术大部分采用开关电源。因此即使是LED驱动电源真正进入研究的时间不算长，却无碍其技术的成熟。LED驱动要求的技术特点是：寿命长，体积小(特别商用照明和家用照明，最好可以内嵌到灯头)。

　　众所周知，绝大部分开关电源都需要一个输出滤波的电解电容，即使高品质的电解电容，工作在100摄氏度左右，寿命也只有1Wh左右。毫无疑问，电解电容正是LED灯整体寿命的瓶颈。而内嵌式驱动板上的电解电容，由于LED的发热以及驱动板本身的发热，长期在高温工作，更使电解电容寿命减短。目前已经有集成电路，无需输出电解电容，仅需几个外围就能直接驱动LED发光。这使得LED照明的长寿命的特点确实得到保障。

　　另外一点，限制LED灯 寿命是工作时的温度，目前台湾某技术机构解决方法为，使LED灯珠像一个灯一样可拔插，使LED灯成为可维护产品。

　　除了技术上的创新外，还有组合上的创新，例如加入调光技术(模拟调光，数字调光，Triac调光);用三色LED组成色光可调制系统;采用频率抖动技术减少EMI;加入功率因数校正电路等

　　1. 3 系统性能指标：

　　1、主输出最大输出功率为14W，辅助输出为0.5W，总输出小于15W;

　　2、输出电流为恒定350mA;

　　3、最大输出电压为40V;

　　4、满负荷下转换效率大于85%;

　　5、负载为350mA时最大纹波为5mV;

　　6、因为没有添加功率因数模块，因此PF值最低仅为0.45左右;

　　7、最少可以接一个1W的高亮度LED，最多可以驱动12个1W的高亮度LED(全功率输出时TNY280应添加散热片)。

　　1.4 系统组成及设计思路：

　　1 设计思路：

　　考虑到家庭常用的是5×1W，或6×1W，商用照明常用的是1×1W到12×1W，本设计采用恒流输出，输出电压随负载大小自动调节的适用广泛的设计。

　　考虑到国内采用50HZ、220V的供电系统，而美国、欧洲、日本居民用电从110V-240V不等，再考虑到网压10%的波动，系统把输入放宽到从85V-265V。

　　本着设计一款符合社会要求的真正节能、节钱、长寿的LED驱动电源的思想。在能效转换和产品成本上作出折中的选择，转换效率要求在75%以上;元件选择尽可能采用了常见型号，满足要求的情况下，尽可能采用国产的元器件(例如采用常用的1N4007,1N4148，PI公司的TinySwitch-Ⅲ系列，电容采用国产的BHA，Jwco)。对于批量生产，能有效降低成本，使LED照明更容易走进人民生活。

　　2 系统组成：

　　系统框图如图示

　　本系统采用了LED驱动电路中常用的单端反激式拓扑，该拓扑设计较为简单。输入采用了四个1N4007作为全波整流，而后经过π型滤波器整流，采用了PI公司的TinySwich-Ⅲ系列中功率容量最大的TNY280作为开关控制IC，采用EE19磁芯实现初次级隔离，采用双路输出实现运放的独立供电，采用运放和电压比较器作为反馈控制以实现高精度恒流控制。采用低导通压降的肖特基整流管ER303减少二极管发热，滤波电容采用ESR可接受的普通电解电容降低电容温升。

　　1. 5 总体功能描述：

　　1、实现隔离输出

　　(1)变压器T1提供隔离，储能，变压的功能。使用高频变压器，初次级能量传输通道为磁通道，实现隔离。

　　(2)光耦817B提供隔离、反馈功能。使用光耦合器，次级反馈信号传输通道为光通道，实现隔离。

　　(3)初次级用安规电容CT7实现静电释放，防止静电堆积引起的高压打火。同时该电容值较小，次级不会造成触摸电击。

　　2、实现LED恒流，实现过压保护

　　(1)次级采用LM358双运放实现恒流和过压保护。LED升高伏安特性随温度左移(如图1.1)。假设驱动为恒定电压V2(如图1. 2)，工作中灯珠温度从T1到达T2,流经灯珠的电流明显增大，电流增大又导致温度升高，如此恶性循环，最后势必烧毁灯珠。解决办法有两个，一是恒压驱动的同时串接一个电阻在输出回路(如图1. 3)，当LED灯珠由于温度升高而导致电流增大时，串接的电阻压降增大，LED端电压得以降低，起到对LED的保护作用。但是这种方法将在串联电阻处耗散一定功率，降低整个电路转换效率，有悖设计初衷。因此，不采用这种方式。

　　最理想的方法是采用整体的思想，通过控制开关IC的占空比调节输出电压，控制次级始终输出恒定电流。本设计正是采用此方案。