LED電源設計及經(jīng)驗匯編

的散熱，暴曬則容易引起高溫和電線(xiàn)及其他元器件的老化，從實(shí)際使用中的經(jīng)驗來(lái)看，旋轉接線(xiàn)插頭的故障率較高，多數為漏水造成故障。

　　7、模塊化設計。

　　模塊化設計已經(jīng)成為當今的潮流，必須在模塊電源一體化上想辦法，，如果電源能用插拔的方式解決維護問(wèn)題，一定會(huì )受到用戶(hù)的歡迎，同時(shí)還需建立接口標準化，讓不同廠(chǎng)家的LED燈電源能夠通用。

　　高效高可靠LED燈具設計的五點(diǎn)忠告。

　　不要使用雙極型功率器件

　　Doug Bailey指出由于雙極型功率器件比MOSFET便宜，一般是2美分左右一個(gè)，所以一些設計師為了降低LED驅動(dòng)成本而使用雙極型功率器件，這樣會(huì )嚴重影響電路的可靠性，因為隨著(zhù)LED驅動(dòng)電路板溫度的提升，雙極型器件的有效工作范圍會(huì )迅速縮小，這樣會(huì )導致器件在溫度上升時(shí)故障從而影響LED燈具的可靠性，正確的做法是要選用MOSFET器件，MOSFET器件的使用壽命要遠遠長(cháng)於雙極型器件。

　　MOSFET的耐壓不要低於700V

　　耐壓600V的MOSFET比較便宜，很多認為L(cháng)ED燈具的輸入電壓一般是220V，所以耐壓600V足夠了，但是很多時(shí)候電路電壓會(huì )到340V，在有浪涌的時(shí)候，600V的MOSFET很容易被擊穿，從而影響了LED燈具的壽命，實(shí)際上選用600VMOSFET可能節省了一些成本但是付出的卻是整個(gè)電路板的代價(jià)，所以，“不要選用600V耐壓的MOSFET，最好選用耐壓超過(guò)700V的MOSFET?！彼麖娬{。

　　盡量不要使用電解電容

　　LED驅動(dòng)電路中到底要不要使用電解電容？目前有支持者也有反對者，支持者認為如果可以將電路板溫度控制好，依次達成延長(cháng)電解電容壽命的目的，例如選用 105度壽命為8000小時(shí)的高溫電解電容，根據通行的電解電容壽命估算公式“溫度每降低10度，壽命增加一倍”，那么它在95度環(huán)境下工作壽命為 16000小時(shí)，在85度環(huán)境下工作壽命為32000小時(shí)，在75度環(huán)境下工作壽命為64000小時(shí)，假如實(shí)際工作溫度更低，那么壽命會(huì )更長(cháng)！由此看來(lái)，只要選用高品質(zhì)的電解電容對驅動(dòng)電源的壽命是沒(méi)有什麼影響的！

　　還有的支持者認為由無(wú)電解電容帶來(lái)的高紋波電流而導致的低頻閃爍會(huì )對某些人眼造成生理上的不適，幅度大的低頻紋波也會(huì )導致一些數碼像機設備出現差頻閃爍的亮暗柵格。所以，高品質(zhì)光源燈具還是需要電解電容的。不過(guò)反對者則認為電解電容會(huì )自然老化，另外，LED燈具的溫度極難控制，所以電解電容的壽命必然會(huì )減少，從而影響LED燈具的壽命。

　　對此，Doug Bailey認為，在LED驅動(dòng)電路輸入部分可以考慮不用電解電容，實(shí)際上使用PI的Link Switch-PH就可以省去電解電容，PI的單級PFC/恒流設計可以讓設計師省去大容量電容，在輸出電路中，可以用高耐壓陶瓷電容來(lái)代替電解電容從而提升可靠性，“有的人在設計兩級電路的時(shí)候，在輸出采用了一個(gè)400V的電解電容，這會(huì )嚴重影響電路的可靠性，建議采用單級電路用陶瓷電容就可以了?！彼麖娬{?！皩恫惶P(guān)注調光功能、高溫環(huán)境及需要高可靠性的工業(yè)應用來(lái)說(shuō)，我強烈建議不采用電解電容進(jìn)行設計?！?/p>

　　盡量使用MOSFET器件

　　如果設計的LED燈具功率不是很高，Doug建議使用集成了MOSFET的LED驅動(dòng)器產(chǎn)品，因為這樣做的好處是集成MOSFET的導通電阻少，產(chǎn)生的熱量要比分立的少，另外，就是集成的MOSFET是控制器和FET在一起，一般都有過(guò)熱關(guān)斷功能，在MOSFET過(guò)熱時(shí)會(huì )自動(dòng)關(guān)斷電路達到保護LED燈具的目的，這對LED燈具非常重要，因為L(cháng)ED燈具一般很小巧且難以進(jìn)行空氣散熱?！坝械臅r(shí)候會(huì )發(fā)生LED因過(guò)熱燃燒傷人的情況，但是我們的方案從來(lái)不會(huì )這樣的?！彼硎?。

　　盡量使用單級架構電路

　　Doug表示有些LED電路采用了兩級架構，即“PFC(功率因數校正)+隔離DC/DC變換器”的架構，這樣的設計會(huì )降低電路的效率。例如，如果 PFC的效率是95%，而DC/DC部分的效率是88%，則整個(gè)電路的效率會(huì )降低到83.6%!“PI的Link Switch-PH器件同時(shí)將PFC/CC控制器、一個(gè)725VMOSFET和MOSFET驅動(dòng)器集成到單個(gè)封裝中，將驅動(dòng)電路的效率提升到 87%!”Doug指出，“這樣的器件可大大簡(jiǎn)化電路板布局設計，最多能省去傳統隔離反激式設計中所用的25個(gè)元件，省去的元件包括高壓大容量電解電容和光耦器?！盌oug表示LED兩級架構適用於必須使用第二個(gè)恒流驅動(dòng)電路才能使PFC驅動(dòng)LED恒流的舊式驅動(dòng)器。這些設計已經(jīng)過(guò)時(shí)，不再具有成本效益，因此在大多數情況下都最好采用單級設計。

　　如何提高LED驅動(dòng)電源可靠性設計

　　目前LED 驅動(dòng)電源存在驅動(dòng)能力較低，保護功能較少，輸出電壓電流不穩定，可靠性差等問(wèn)題，很難達到要求，根據設計經(jīng)驗提出了驅動(dòng)電源硬件電路的設計方案，本設計能夠很好地提高LED 驅動(dòng)電源的可靠性。

　　總體電路設計

　　LED 驅動(dòng)電源的總體設計如圖1 所示。圖1 中主電路中U 為220 V 交流輸入電壓； RC，CC和DC構成RCD 電路； T 為變壓器； S 為開(kāi)關(guān)管； D 為整流二極管； C為整流電容； RC為采樣電阻，具體電路如圖1 所示。

　　電路在設計時(shí)考慮到電路的可靠性，輸入端應具有隔離電路，以保護電網(wǎng)和用電設備的安全。輸入端設計了輸入保護電路，用來(lái)保護LED 驅動(dòng)電源在電網(wǎng)側產(chǎn)生脈動(dòng)瞬態(tài)干擾下能夠正常工作，并有效抑制共模和差模干擾。為了提高電路的功率因數，電路中采用了有源功率因數校正電路。為了實(shí)現恒流輸出，采用電流反饋控制，RC采樣電阻感應輸出電流大小，與參考點(diǎn)電壓進(jìn)行比較，輸出信號通過(guò)光電耦合電路輸入到控制器，產(chǎn)生PWM 控制信號，控制變壓器的工作方式，已達到變壓器恒流輸出。

圖1 LED 驅動(dòng)電源總體設計電路

　　 部分電路設計

　?。?1） 輸入保護電路設計

　　LED 大功率燈驅動(dòng)電源一般用在室外，用電環(huán)境相對比較惡劣，且外界的各種干擾容易使電源出現問(wèn)題。同時(shí)，LED 燈驅動(dòng)電源的故障，也容易對電網(wǎng)的安全造成隱患。因此，有必要在輸入端設計保護電路，用來(lái)保護用電設備和電網(wǎng)的安全。

　　電路中有負溫度系數熱敏電阻，用來(lái)啟動(dòng)過(guò)電流保護。通過(guò)保險絲進(jìn)行過(guò)電流保護。利用壓敏電阻來(lái)抑制瞬變傳導產(chǎn)生的干擾，吸收輸入端的浪涌和脈沖干擾。電路中設有共模與差模干擾抑制電路，用來(lái)減小LED 驅動(dòng)電源對其他用電設備的干擾，同時(shí)可以抑制外界用電設備對驅動(dòng)電源的干擾。

　?。?2） 功率因數校正電路

　　將交流220 V 市電經(jīng)整流后供給負載使用，最常用的整流方式是由4 個(gè)二極管組成的整流橋將交流電變換為直流電，但是這種方法存在著(zhù)一個(gè)無(wú)法避免的缺點(diǎn)： 由二極管和電容組成的非線(xiàn)性電路會(huì )產(chǎn)生大量的電流諧波和無(wú)功功率，造成電網(wǎng)的污染。這種諧波污染不僅會(huì )使電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變，而且還會(huì )造成用電設備的故障和損壞。另外，用電設備的功率因數越高，則有功功率所占的比重越大，設備就越節能。

　　為了提高功率因數，需要做兩個(gè)方面的工作： 一方面減小輸入電流和輸入電壓之間的相位差φ，努力使兩者同相位； 另一方面，需要減小輸入電流的諧波含量，采取一定的方法使輸入電流的波形接近正弦波。

　　基于上述要求，可以采用安森美公司生產(chǎn)的MC33260 芯片作為有源功率因數控制芯片，此芯片只需要使用最少的外部元件便可以實(shí)現控制要求，可以極大地減小電感和功率開(kāi)關(guān)的尺寸，降低系統的成本且功能還能達到要求。電路如圖2 所示。

圖2 功率因數校正電路

　?。?） RCD 緩沖電路設計

　　為了防止開(kāi)關(guān)管被峰值電壓擊穿，通?？梢圆捎玫姆椒ㄓ腥缦聝煞N： 一是減小漏感，二是通過(guò)設計RCD 緩沖電路吸收很高的電壓尖峰能量。雖然在變壓器的加工過(guò)程中將線(xiàn)圈纏緊并緊密地包圍住氣隙，然后將線(xiàn)圈外圍包上銅箔可以有效地減小漏感； 但變壓器漏感無(wú)法完全消失，因此需要設計RCD 電路對電壓峰值進(jìn)行吸收，電路如圖3 所示。

圖3 RCD 緩沖電路

　?。?） 變換電路設計

　　LED 路燈驅動(dòng)電源所需的輸出功率較大，需要較高的轉換效率，且需要較好的調節性和較小的紋波，由于考慮到需要將LED 照明裝置與電網(wǎng)隔離，以提高安全性，所以采用單端反激式DC-DC 變換器，這種隔離式的DC-DC 變換電路的變壓器不僅具有隔離和變壓的作用，還具有電感的特性，可以起到儲存能量的作用，且變換器工作于連續工作模式。這種變換器特別適用于功率為100 W ~ 200 W 之間的電源，且輸出電壓較高，輸出電流較小的場(chǎng)合。這種工作模式雖然會(huì )使變壓器副邊的二極管損耗較大，但可以減小變壓器的鐵芯損耗。變壓器副邊產(chǎn)生的串擾可以采用串聯(lián)飽和電感的方式來(lái)進(jìn)行抑制?！　。?） PWM 控制電路設計

　　DC-DC 變換器的PWM 控制原理有兩種： 電壓控制型和電流控制型?？紤]到穩定性問(wèn)題，我們采用電流控制型PWM 控制器，即NCP1230 模塊（ 圖4） .它是一種峰值電流控制模式的PWM 控制器，具有向前極供電的功能，在空載時(shí)關(guān)閉PFC 電路，能夠提高電源的效率。這款芯片還具有周期跳頻，內部斜坡電壓補償，軟啟動(dòng)等一系列功能。

圖4 NCP1230 模塊PWM 控制電路

　　電路的EMC 防護

LED 燈的驅動(dòng)電源受安裝環(huán)境條件的影響，很容易受到電磁干擾，特別是雷擊干擾。為此，驅動(dòng)電