針對大功率LED應用的低成本電源研究

由于大功率LED越來(lái)越多地應用于普通照明，市場(chǎng)對驅動(dòng)這些LED的離線(xiàn)電源的需求日益增加。由于LED的V-I(電壓-電流)特性，這種電源的輸出電流必須是恒流。本文將討論以飛兆功率開(kāi)關(guān)(FPS)為基礎的電源，通過(guò)初級端調節實(shí)現次級恒流輸出。由于該電源無(wú)需運算放大器和光耦合器來(lái)穩定輸出電流，因而在需要安全隔離的情況下其成本效益非常好。

傳統的恒流輸出PSU

圖1所示為傳統的恒流輸出離線(xiàn)電源，基于反激式拓撲結構，在輸入電壓為85～265VRMS時(shí)提供700mA的電流和5.1V的最大輸出電壓。按照其技術(shù)數據，該電源應能驅動(dòng)3W的大功率LED。這個(gè)電路簡(jiǎn)單易懂：經(jīng)過(guò)對市電進(jìn)行整流(BD1-BD4)和濾波(C2、C3和L1)，后接一個(gè)帶FPS FSQ510的反激電路。

圖1：傳統的恒流輸出電源電路圖。

在具備實(shí)現先進(jìn)開(kāi)關(guān)電源的所有功能的集成電路系列中，FSQ510是“最小型”的成員，而且是集成了700V Sense-FET的單芯片器件，而那些功率較大的成員都是雙芯片器件，包括一個(gè)控制器和一個(gè)單獨的VDS=650V的Sense-FET。由于這個(gè)系列中所有成員的基本功能和行為幾乎相同，因此，對采用FSQ510的電源討論可適用于整個(gè)系列。將電源接入市電，就可通過(guò)該器件的內部啟動(dòng)電路開(kāi)始工作，即由內部高壓JFET對C8充電，使其達到典型的13V啟動(dòng)電壓。一旦達到這個(gè)電平，內部Power-MOSFET就進(jìn)入開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)，電源開(kāi)始正常工作。此時(shí)，JFET關(guān)斷以降低電源功耗；而FPS則由單獨的變壓器繞組供電，經(jīng)D2整流以及R7和C8濾波。

RS2和RS3與DS1和C82構成一個(gè)箝位電路(俗稱(chēng)“緩沖器”)網(wǎng)絡(luò )，吸納存儲在變壓器漏電感中的能量。這是為了將漏極電壓限制在安全電平上。

變壓器副邊電壓經(jīng)D1整流和C4濾波，并經(jīng)L2和C5后濾波。輸出電壓經(jīng)R2、R3、R5、R6、U1和U2構成的電路調節。U1將反饋信號耦合到初級，而C6和R17則構成頻率補償電路，從而形成穩定的閉環(huán)。

本例中的實(shí)際輸出電流由并聯(lián)電阻R11、R13和R14來(lái)檢測，并借助Q1和U1來(lái)調節。當并聯(lián)電阻上的壓降超過(guò)Q1的VBE時(shí)，U1的LED中將有電流流過(guò)，這會(huì )使FPS反饋引腳上的電壓降低。這樣，Power-MOSFET的占空比減小，最終使輸出電壓以至輸出電流減小。由于雙極晶體管(BJT)的VBE對溫度非常敏感，因此增加了由R10和NTC THR1構成的補償電路。R8和R9的作用是關(guān)閉U2，防止電壓回路影響電流調節回路的正常運作。

R12、R15、R16、D4和C10構成了實(shí)現FPS中功率MOSFET的準諧振開(kāi)關(guān)功能的電路。準諧振開(kāi)關(guān)指對漏電壓進(jìn)行監視，MOSFET僅在漏電壓最小時(shí)才導通。這里利用了這樣一個(gè)物理事實(shí)，即當存儲在變壓器中的能量全部轉移到次級后，就會(huì )出現漏極電壓振蕩。這種振蕩是由變壓器的激磁電感和MOSFET的漏極-源極電容形成的諧振電路造成的。由于開(kāi)關(guān)在最小漏電壓時(shí)導通，開(kāi)關(guān)損耗大幅降低，EMI性能得到提高。這個(gè)同步電路實(shí)際上沒(méi)直接連接到MOSFET的漏極，而是連接到波形相同但電壓幅度更低的變壓器繞組VCC。

采用初級調節的恒流電源

在反激式轉換電路中，無(wú)需專(zhuān)門(mén)調節電路，就可很好地調節輸出電壓。這是因為(如忽略寄生效應)兩個(gè)輸出電壓的比率等于各自變壓器繞組匝數之比率，因此能夠調節，比如繞組電壓VCC，從而在無(wú)需光耦合器的情況下獲得相當穩定的隔離輸出。圖2所示為采用初級穩壓的電源，仍然不具備恒流的特點(diǎn)。

采用初級穩壓的電源，具備恒定輸出電壓。