基于PL3536的18W LED驅動(dòng)電源設計

LED驅動(dòng)電源與普通的線(xiàn)性穩壓源相比，它具有體積小、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。LED驅動(dòng)電源主要有恒壓和恒流兩種工作模式，在LED照明早期，一般都采用工作在恒壓模式的驅動(dòng)電源，但經(jīng)過(guò)長(cháng)期的實(shí)踐發(fā)現其有很多的缺陷。目前大多數LED驅動(dòng)電源都工作在恒流工作模式。對于恒流模式的LED電源，在設計方面，我們要求無(wú)論環(huán)境如何變化它都能輸出恒定的電流且電流紋波都能在要求的范圍內。本文所設計的就是一種工作在恒流模式的LED驅動(dòng)電源。

1 電路原理與分析

本文設計的是一種基于PL3536的18 W LED驅動(dòng)電源，其輸出模式是恒流輸出模式。此設計的電路主要分為四個(gè)部分，分別是：交流輸入端整流濾波設計、DC/DC變換器設計、反饋電路設計、輸出濾波電路設計。電路原理框圖如圖1所示。

1.1 交流輸入端整流濾波設計

交流輸入端整流濾波電路圖如圖2所示。此部分電路主要元器件有熔絲管FUSE，整流二極管D1、D2、D3、D4，電容C1。其中熔絲管是為了防止電源工作電流過(guò)大而設計的。流過(guò)熔絲管的電流計算公式為：

在此電路中取P0=18 W;η為電源的效率我們取83%;umin為交流輸入的最小值，這里取85 V;cosφ為功率因數，取0.6，代入(1)式得I=0.43 A。又應為實(shí)際電流不是正弦電流，而是窄脈沖電流，因此得I0=0.65*I=0.28A。所以在此我們取熔絲管的規格為2 A/250 V，對于整流二極管我們選用IN4007。對于輸入濾波電容C1，其估算公式為C=K*P。在本設計中因為輸入電壓為85 V～265 V，所以K可取2.5μF /W，由此可得C1=2.5*18=45μF，實(shí)際取47μf。而對于電容兩端電壓最大值Ucmax=1.4*Uimax=1.4*265=371 V。綜上所述，電容C1實(shí)際所取規格為47 μF/400 V。

1.2 DC/DC變換器設計

DC/DC變換器電路圖如圖3所示。該電路圖主元器件有電阻R1、R2、R3、R4、R5;電容C2、C3、C4;二極管D5、D6;高頻變壓器T1;電源芯片PL3536。此部分電路可分為如下幾個(gè)模塊設計。

1)鉗位電路

在此電路中對于由R2、C2及D5構成漏極鉗位保護電路，由于開(kāi)關(guān)頻率為40 kHz，輸入電壓為85 V～265 V。根據經(jīng)驗可取電阻R2的型號為150 K/0.5 W，電容C2的型號為2.2 nF/1 kV，對于阻塞二極管D5，可取快速恢復二極管FR107。

2)供電電路

當電路剛上電時(shí)，市電通過(guò)整流橋后對電容C3充電，當C3上的電壓到達電源芯片工作電壓后，PL3536開(kāi)始工作，之后就由輔助繞組對PL3536提供工作電壓。

通常我們取啟動(dòng)時(shí)間為0.5 s，儲能電容C3取47 μf。啟動(dòng)電阻的計算公式為：

R=t/{ln[(V1-V0)/(V1-VT)]*C} (2)

t=0.5 s，V1=264 V，V0=0 V，Vt=14.5 V，C=47 μF代入(2)式得RI=188 k，因此取R1的型號為200 k/0.5 W。對于整流二極管我們選擇IN4007。

3)電流檢測電路

PL3536的CS端接電阻R5到地。PL3536通過(guò)檢測電阻R5兩端的電壓來(lái)檢測原邊電感的電流值。其中電阻R5計算方法如下：

故R5所取的型號是0.16Ω/7 W。

4)補償電容

PL3536的comp腳接電容C4到地用于對誤差放大器輸出信號進(jìn)行相位補償，推薦值為100 nF，此值太大或太小都可能會(huì )造成電路工作不穩定。

5)反饋電路

因為PL3536的EA基準電壓為2 V，輔助的電壓最大值為20 V，所以

，取R3=20，則R4=2.22 k，取2.3 k。

6)高頻變壓器

設Np、Ns及Nb分別為變壓器的原邊、副邊及輔助的繞組匝數。由于本設計的電路為反激式電路，故線(xiàn)圈匝數比公式為：

上式中VO為輸出電壓，VDF整流二極管的電壓降，TOFF和TON分別為MOS管的關(guān)斷與導通時(shí)間，VIL為最低輸入電壓，Vf為PL3536工作的電源電壓。

因為我們變壓器磁芯所選的材料為PC40，開(kāi)關(guān)頻率為40 k，占空比為0.4，故每1伏電壓的1次繞組匝數位0.363，結合(7)、(8)式可得Ns=79.86，Nb=71.07，Nb=23.95。在此我們選擇Ns=80，Np=71，Nb=24?？紤]到電流的作用，本設計在繞制變壓器時(shí)，原邊選用0.28 mm的銅線(xiàn)，副邊選用0.3 mm的銅線(xiàn)，輔助選用0.15 mm的銅線(xiàn)。繞制順序為先原邊40圈加兩層絕緣膠帶，再副邊71圈加兩層絕緣膠帶，然后原邊40圈加兩層絕緣膠帶，最后輔助24圈加兩層絕緣膠帶。1. 3 輸出濾波電路設計

輸出濾波電容的計算公式為：

式中△Q為電荷變化量，Upp為輸出電壓紋波峰-峰值。I為輸出電流，t為放電時(shí)間。其中Upp=50 mV，I=300 mA，

代入(9)、(10)式得C=60 μF，最終C6選擇100μF/63 V。此外，為了讓輸出電壓在空載時(shí)能穩定輸出一個(gè)電壓，本設計為此輸出電路加了一個(gè)輸出負載，選擇型號為39 k/0.25 W。

2 PCB設計

對于PCB設計主要注意一下幾點(diǎn)。

1)在輸入端的濾波電容到PL3536的地之間的銅箔區域應使用單點(diǎn)接地。

2)由輸入電容C1到變壓器及PL3536之間的環(huán)路面積要盡可能的小。

3)為減少EMI干擾，從RCD鉗位電路到PL3536腳Drain端的路徑要保證最小。

4)為保證電路板有良好的散熱性，應在電源芯片的下方進(jìn)行鋪地。

3 電路相關(guān)性能測試結果

上圖為輸出電流的波形，此波形的測量方法如下：首先在輸出端串聯(lián)一個(gè)10 Ω的電阻，然后連接一個(gè)100 Ω的電阻負載，最后用示波器測量10 Ω電阻兩端電壓即可。由歐姆定律可知該電壓波形與輸出電流波形等效。

由圖上可以看出，輸出端會(huì )周期性的出現尖峰電流。經(jīng)測試和分析得出該尖峰電流是因為輸出回路存在寄生電感，故濾波電容對它是無(wú)效的。

表1的測試條件是輸出負載100，環(huán)境溫度為23。

由表1可知該驅動(dòng)電源在輸入電壓變化時(shí)，其輸出電流基本穩定，電源效率可達82.0%左右。

4 結束語(yǔ)

本設計采用PL3536作為控制芯片，可以達到使用很少的外圍元器件就能達到恒流的效果，并且由于此電源芯片內置了限流保護、高壓保、護欠壓保護等電路，在降低驅動(dòng)電路的生產(chǎn)成本的同時(shí)也保證了電路的安全性。經(jīng)測試該驅動(dòng)電源輸入電壓寬度可達AC 85-265V，輸出電壓可達40 V～60 V，輸出電流為300 mA ±5%，電源效率為82%左右。