大功率恒流LED驅動(dòng)電源方案分享之設計原理

在最近幾年中，國內市場(chǎng)對大功率恒流LED驅動(dòng)電源的需求量開(kāi)始逐漸上升，與此同時(shí)，用戶(hù)也同樣對LED電源的調光設計提出了更多要求，需要工程師在進(jìn)行新產(chǎn)品設計時(shí)綜合權衡用戶(hù)需要與設計要求。在今明兩天的方案分享中，小編將會(huì )為大家分享一種大功率恒流LED驅動(dòng)電源的設計方案，今天我們將會(huì )就這一方案的設計原理展開(kāi)詳細介紹。

針對實(shí)際的應用需求和目前市場(chǎng)的用戶(hù)反饋結果，在本方案中，我們所設計的這一大功率的恒流LED驅動(dòng)電路規格為輸入電壓90—260V，輸出電壓、電流為50V/1.5 A，其額定負載為75W，并且該LED電源支持可調光設計，能夠用于驅動(dòng)多個(gè)1W/0.35的大功率白光LED。交流市電經(jīng)EMI濾波、整流濾波后進(jìn)入高頻變壓器，輸出端的電壓電流信號反饋給DC/DC和PFC控制器，控制器根據前端輸入交流信號及后端電壓電流信號控制開(kāi)關(guān)管導通關(guān)斷，從而控制整個(gè)電路的能量傳遞。下圖中，圖1所給出的是本方案所設計的驅動(dòng)電路框圖。

圖1 驅動(dòng)電路框圖

在這一LED電源新產(chǎn)品的方案設計中，為了達成恒流驅動(dòng)的設計要求，在驅動(dòng)電路控制芯片的選擇方面我們采用的是NCL30001。該種集成芯片能夠將PFC和AC/DC控制集成在一起，具有軟跳過(guò)技術(shù)，能在輕載時(shí)減少噪音，并且具有過(guò)壓、過(guò)流和過(guò)溫保護功能，可以為本方案的電路設計提供多重保障。

下面我們來(lái)看一下本方案中，我們所設計的這種單級PFC反激式LED電源的電路工作原理，這一大功率LED驅動(dòng)電源的電路結構設計如下圖圖2所示。在這一電路系統中，當該開(kāi)關(guān)電源接入電流開(kāi)始運行時(shí)，交流電通過(guò)VD1給電容C5充電。當C5的電壓達到門(mén)限電壓后，芯片開(kāi)始工作。VD2、C6、R7構成初級箝位保護電路吸收漏感尖峰電壓，使漏極電壓限制在安全范圍內以保護開(kāi)關(guān)管V1。NCL30001芯片開(kāi)始工作后，其DRV管腳輸出PWM信號驅動(dòng)V1導通。V1導通后經(jīng)整流橋的電壓經(jīng)過(guò)變壓器T1，能量?jì)Υ嬖赥l的初級繞組中，此時(shí)C9為負載供電。當V1關(guān)斷時(shí)，Tl中存儲的能量傳遞到次級繞組，為負載供電同時(shí)也為C9充電。C2的大小確定了芯片的工作頻率，R10起到感測初級電流的作用。該芯片工作在連續導通模式(CCM)，設置R5進(jìn)行斜率補償。

圖2 單級PFC反激式LED恒流驅動(dòng)電路結構

在本方案的設計中，出于對成本的考慮.我們所設計的單級PFC電路只使用一個(gè)開(kāi)關(guān)管和一套控制電路，且需實(shí)現輸出電壓的快速調節和輸入電流的整形，PFC級與DC/DC級之間的能量不平衡由儲能電容來(lái)平衡。通常來(lái)說(shuō)，工程師們都會(huì )希望能夠將單級PFC設計在電流不連續模式(DCM)下，以獲得較高的功率因數。但是，為了能夠有效提高整個(gè)電源的轉換效率，我們還是希望DC/DC級能工作在CCM模式下。兩種不同的模式導致一旦負載變小，輸入功率不變而輸出功率減小，電路來(lái)不及調整導致儲能元件電壓瞬間很高。單級PFC中PFC級與DC/DC級采用相同的電流工作模式能解決儲能電容電壓應力過(guò)高的問(wèn)題，且處于對電源損耗和開(kāi)關(guān)管成本的考慮，因此我們將電流工作模式設定在CCM。