無(wú)輔助繞組的原邊控制LED恒流驅動(dòng)電路設計

1 引 言

LED(Light Emitting Diode)照明作為一種節能高效、綠色環(huán)保的照明技術(shù)，在室內外照明、交通信號燈、汽車(chē)照明、背光顯示等領(lǐng)域[1]的應用日益廣泛。因此，研究高效能的LED驅動(dòng)技術(shù)具有深遠的經(jīng)濟價(jià)值與社會(huì )意義。

由于LED需要恒流源供電，市電需要經(jīng)過(guò)一個(gè)驅動(dòng)器將高壓交流電轉換為低壓恒流源供LED使用。近年來(lái)，各大芯片廠(chǎng)商陸續推出用于LED驅動(dòng)的反激式拓撲的原邊控制(Primary Side Regulation，PSR)芯片，省去了變壓器副邊用于反饋的光耦，體積縮小，成本降低[2]，從而使得反激式電路在LED驅動(dòng)領(lǐng)域的應用范圍大大增加。

文獻[3]介紹了一種傳統的原邊控制反激式LED恒流驅動(dòng)器，其中變壓器具有三個(gè)繞組，分別為原邊繞組、副邊繞組和輔助繞組。輔助繞組用于將變壓器退磁信號反饋給芯片，實(shí)現恒流控制。本文提出一種特殊的恒流控制方式，從而無(wú)需輔助繞組的反饋作用，進(jìn)一步縮小了系統體積，降低了整個(gè)驅動(dòng)器的成本。

文章第2節主要介紹無(wú)輔助繞組的原邊控制LED恒流驅動(dòng)電路的整體結構

2 LED恒流驅動(dòng)電路的整體結構與恒流原理

2.1 整體結構

本文介紹的LED恒流驅動(dòng)電路的整體結構如圖1所示。輸入電容C1對外部輸入電壓進(jìn)行濾波，同時(shí)也起到降低EMI的作用。系統輸入電壓通過(guò)啟動(dòng)電阻R1和儲能電容C2給VCC供電。由于整個(gè)電路的工作電壓極低，所以無(wú)需輔助繞組的額外供電。15V的LDMOS對650V的VDMOS進(jìn)行源極驅動(dòng)，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管同步開(kāi)啟和關(guān)斷。開(kāi)關(guān)管開(kāi)啟后，采樣電阻Rcs采樣原邊繞組電流，當其兩端電壓達到檢測閾值時(shí)，CS信號將開(kāi)關(guān)管關(guān)閉。

根據楞次定律，Np和Ns上的電壓反向，續流二極管D5正向導通，原邊儲存的能量傳遞給副邊，通過(guò)副邊向輸出電容C3充電，向負載LEDs提供能量。當副邊繞組電流降到0后，OUT引腳出現諧振，通過(guò)零電流檢測比較器ZCD將功率開(kāi)關(guān)管再次開(kāi)啟。由于電路設計在DCM模式，所以電流降到0后還有一段死區時(shí)間，負載靠輸出電容上的儲能工作。

圖1 LED恒流驅動(dòng)電路的整體結構

2.2 恒流原理

輸出電流與副邊電感電流有直接關(guān)系，是副邊電感電流的平均值：

(1)

其中RCS為采樣電阻阻值，Vref為內部基準電壓，NP為原邊匝數，NS為副邊匝數，Tdemag為副邊退磁時(shí)間，T為功率管開(kāi)關(guān)周期。從式(1)中可以看出，如果外圍確定，則RCS、NP、NS都確定，本設計通過(guò)恒流控制模塊，保證Tdemag/T=1/2，從而實(shí)現輸出恒流。

恒流控制模塊原理圖如圖2所示。CS比較的輸出高電平控制電容C的放電，ZCD比較器的輸出高電平控制電容C的充電，電流源與電流沉保證電容C的充放電斜率相等。當電容上的電壓達到Vref2時(shí)，功率開(kāi)關(guān)管開(kāi)啟，當采樣電阻RCS上的電壓達到Vref時(shí)，功率開(kāi)關(guān)管關(guān)閉。圖3為電容C上的電壓波形，可以看出Tdemag=Ton+Tdead，從而實(shí)現Tdemag/T=1/2。