LED路燈的高效率電源驅動(dòng)器設計

1 LED 路燈的電源驅動(dòng)原理

近些年隨著(zhù)大功率的LED 發(fā)光技術(shù)的升級，大功率的白光LED 進(jìn)入了照明市場(chǎng)，越來(lái)越多的被應用于通用照明領(lǐng)域。因為L(cháng)ED 本身具有高光效、壽命長(cháng)、抗浪涌能力差等特點(diǎn)，以此LED路燈的電源控制和驅動(dòng)系統就成為了保證其功能和高效的重要基礎。

為了設計出更加安全可靠的電源驅動(dòng)器，必須對其工作原理進(jìn)行了解。本文對LED 路燈電源驅動(dòng)器的基本工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹：主要的系統設計是處采用隔離變壓器、PEC 控制電源開(kāi)關(guān)，并保證輸出為恒定的電壓，完成對LED 路燈的驅動(dòng)。因為實(shí)際中LED 的抗浪涌的能力較差，尤其是對反向電壓更為敏感。

所以在電源控制中應當注意對這方面的保護效果的提高。同時(shí)，LED 路燈主要的工作狀況是戶(hù)外，因此要增加對防浪涌的措施。

因為對其供電的電網(wǎng)容易受到雷電的干擾，從而產(chǎn)生感應電流而涌入電網(wǎng)，從而導致對LED 的破壞。所以電源的驅動(dòng)也應當具備抑制浪涌的功能，達到保護LED 的效果。此時(shí)采用的EMI 濾波電路就起到了這種防止電網(wǎng)諧波串入的模塊，以此保護路燈的電路正常工作。

2 LED 路燈的電源驅動(dòng)器的設計

2.1 驅動(dòng)器設計簡(jiǎn)述

針對LED 路燈系統的電源控制器的設計需要考慮到其特地和基本要求才能達到目的。具體的情況如下：此系統中的每個(gè)路燈的功率在 100W 以?xún)?為了提高路燈的實(shí)用性，路燈的LED 被分為若干小組，每組LED 則是串聯(lián)驅動(dòng)，組與組之間為隔離驅動(dòng)，保證單組損壞而不影響整個(gè)LED 的工作;為了提高路燈的安全性，輸入和輸出系統需要有電氣隔離;電源的公因數必須維持在較高的水平。

在設計中為了滿(mǎn)足以上的基本需求，通常采用的是AC/DC 恒壓電源和多路控制的DC/DC 恒定流動(dòng)驅動(dòng)級聯(lián)的方式完成對多路的LED 驅動(dòng)。AC/DC 部分采用的是反激形式拓撲，輸出的功率可以滿(mǎn)足LED 的功率;DC/DC 的部分采用國半德?tīng)朙ED 恒定電流芯片。其中在A(yíng)C/DC 部分所采用的反激式的電源所產(chǎn)生的損耗將影響電源的效率，其損耗主要有：一次場(chǎng)效應晶體管的損耗，主要是導通和開(kāi)關(guān)損耗;二次側的整流二極管造成的功率損耗;高頻變壓的固有的鐵損、銅損、漏感損耗等，為了提高整個(gè)電源的高效率就應當對上面三種情況進(jìn)行控制。

2.2 控制形式和零電壓設計

在提高效率的設計中，如采用ST 所生產(chǎn)的L6562 作為控制芯片，此芯片是一種較為經(jīng)濟的功率因數校正控制元器件。反激方式電源工作是在不連續導電的模式下進(jìn)行工作的，通過(guò)前端的濾波其進(jìn)行自動(dòng)調整實(shí)現高功率。為了減小場(chǎng)效應晶體管損耗，利用與芯片相適應的器件，這樣可以有效的降低在導通時(shí)出現的損耗，同時(shí)還可以利用準諧振的技術(shù)實(shí)現場(chǎng)效應晶體管的零電壓導通，完成對開(kāi)關(guān)損耗的控制。

2.3 同步整流設計

通常的反激式開(kāi)關(guān)在利用中二次側的整流二級管也會(huì )形成較大的損耗，為了實(shí)現高效率可以利用具有低導通降壓的二極管來(lái)緩解高損耗的問(wèn)題，但是實(shí)踐中看，此種改進(jìn)的效果并不明顯，同時(shí)一些設計中輸出的電壓較高，而肖特基二極管的反向耐壓性能并不理想，所以其不能滿(mǎn)足高效率需求。

實(shí)踐證明較好的方法是采用同步整流技術(shù)對功率進(jìn)行調整，利用導通電阻較低的場(chǎng)效應晶體管代替整流二極管。同步整流方式可以分為外驅動(dòng)和內驅動(dòng)兩種，工作原理也可分為電壓型和電流型、諧振型驅動(dòng)等。這些同步驅動(dòng)的方式各自有其優(yōu)勢和不足。

其中一種較為實(shí)用的是電流同步的控制驅動(dòng)方案，但是因為驅動(dòng)中選擇了場(chǎng)效應晶體管門(mén)極驅動(dòng)電壓鉗位在輸出電壓上，而門(mén)極穿電壓通常較低，因此要采用此種方法就要降低輸出電壓。

所以可以采用混合型的同步整流方法，其工作的原理為在兩個(gè)變壓器上的兩個(gè)繞組為T(mén)3、T4，其中T3 設計為二次繞組主要負責能量的傳遞，T4 則為輔助繞組。在T4 上的電壓隨著(zhù)T3 電壓的升高而升高，用于開(kāi)啟同步整流用場(chǎng)效應管。此時(shí)的電流互感器中的兩個(gè)繞組也起到不同的作用，初級繞組是串聯(lián)在主電路中，是檢驗流經(jīng)的場(chǎng)效應管的電流 ，當該繞組中的電流下降到0 的時(shí)候，另一個(gè)繞組則將場(chǎng)效應管斷開(kāi)。所以此種方案可以利用電壓信號來(lái)控制場(chǎng)效應晶體管的導通，電流信號澤爾負責其關(guān)閉，不僅僅提高了效率還可以穩定的工作，控制了無(wú)開(kāi)通的情況。

2.4 變壓器的高效率設計

高頻率變壓器是隔離形式的電源中不可或缺的器件，在提升效率的方面也有著(zhù)重要的作用。變壓的損耗主要來(lái)自銅損、鐵損、漏感損耗，此三者的損耗可以通過(guò)必要的手段進(jìn)性損耗的控制，但是控制的措施不能完全達到綜合高效的目標效果。因此，新型的變壓器技術(shù)將高頻率供電系統進(jìn)行了升級。此種變壓器的技術(shù)日趨成熟，主要特點(diǎn)是高度低，利用底部面積大的平面磁芯。此種變壓器采用的繞著(zhù)是螺旋印制線(xiàn)構成。和以往的變壓器相比此種平面型的變壓效果更高，工作效率也得到了提升，且體積小、漏感小、導熱性好、一致性強等。雖然其距離應用還有一段時(shí)間，但是可以成為高端應用領(lǐng)域的替代產(chǎn)品。

3 結論

LED 路燈系統的高效率電源驅動(dòng)器的設計，其首要的目的就是保證路燈的高頻率工況，同時(shí)防止供電系統中的干擾侵入到路燈系統中而造成損壞。其次，利用多種復合電路和晶體管來(lái)提高供電過(guò)程中的各種線(xiàn)路損耗，提高供電的效率，以此達到安全、高效的目的。