基于TinySwitch-Ⅲ的LED驅動(dòng)電源設計

　　3 TinySwitch-Ⅲ外圍電路設計

　　為了更加透徹地分析此設計的結構與原理，把電路工作原理圖分為以下五個(gè)部分加以分析：輸入整流濾波電路、箝位保護電路、高頻變壓器、輸出整流濾波電路和反饋電路。

　　3.1 輸入整流濾波電路設計

　　輸入整流濾波電路包括整流部分、交流濾波和直流濾波電路。為了抑制電網(wǎng)中的浪涌電流，輸入端口串聯(lián)了1 A保險管F保護電路和負溫度系數熱敏電阻RT1(NTC)。交流濾波采用π型濾波電路，電容C1、C2和共模扼流圈L1。共同作用濾除雜波去除電網(wǎng)中的干擾，共模扼流圈(電感)是由兩股等同并且按同方向繞制在一個(gè)磁芯上的線(xiàn)圈組成。當負載電流流過(guò)共模扼流圈時(shí)，串聯(lián)在火線(xiàn)上的線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁力線(xiàn)和串聯(lián)在零線(xiàn)上線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁力線(xiàn)方向相反，它們在磁芯中相互抵消。因此即使在大負載電流的情況下，磁芯也不會(huì )飽和。而對于共模干擾電流，兩個(gè)線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)是同方向的，會(huì )呈現較大電感，從而起到衰減共模干擾信號的作用。

　　3.2 RCD箝位保護電路設計

　　反激式變換器由于變壓器漏感的存在及其它分布參數的影響，在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷瞬間會(huì )產(chǎn)生很大的尖峰電壓，這個(gè)尖峰電壓嚴重威脅著(zhù)開(kāi)關(guān)管的正常工作，必須采取措施對其進(jìn)行抑制。本設計采用結構簡(jiǎn)單、成本低廉的RCD箝位電路。根據

?

　　選取箝位電容。

　　3.3 高頻變壓器設計

　　由于變壓器在電路中兼有儲能、限流和隔離作用，還要流過(guò)直流成分，因而是整個(gè)設計中的難點(diǎn)和關(guān)鍵。為了合理選擇變壓器的磁芯，確定初級、次級線(xiàn)圈的線(xiàn)徑、匝數及氣隙等參數，必須對磁場(chǎng)強度、傳輸功率、傳輸效率、初級和次級峰值電流等多項參數進(jìn)行分析計算。計算方法多種多樣，但計算結果相差不大。本設計采用了PIXls Designer 8軟件，計算相當簡(jiǎn)單，僅需輸入相關(guān)設計參數，軟件就會(huì )輸出所需的變壓器設計參數：初級線(xiàn)圈電感量Lp=2917 μH;初級匝數：Np=90.7(實(shí)際設計中取91);初級繞組電流密度：4A/mm2;次級主繞組圈數NSM=14;磁芯選擇：EE22，相關(guān)參數：骨架繞組寬度Bw=8.45 mm，磁芯截面積AE=42 mm2，帶氣隙磁芯等效電感量ALG=312 nH/T2，最大磁通密度BM=274 mT，磁芯損耗中的交流磁通密度BAC=80 mT;氣隙長(cháng)度LG=0.147 mm;初級漏感L_LKG=87.5 μH;次級走線(xiàn)電感LSEC=20 nH。

　　軟件給出的參數都是經(jīng)過(guò)一定優(yōu)化得到的，故實(shí)際設計中優(yōu)先選用這些推薦參數，實(shí)踐證明這樣做是合理且高效的。

　　3.4 輸出整流濾波電路設計

　　輸出整流濾波電路由整流二極管和濾波電容構成。整流二極管D7選用肖特基二極管可降低損耗并消除輸出電壓的紋波，根據公式UD7=U。+[UinMAX·(Ns/Np)]設計D7并選用額定電壓為100 V的SBll00，與D7并聯(lián)的RC緩沖吸收電路可以減少尖峰電壓的幅度和減少電壓波形的變化率，還降低了射頻輻射的頻譜成分，有益于降低射頻輻射的能量;電容器C8一般應選擇低ESR(等效串聯(lián)阻抗)的電容。為提高輸出電壓的濾波效果，濾除開(kāi)關(guān)器件所產(chǎn)生的噪聲，在整流濾波環(huán)節的后面再加一級LC濾波環(huán)節。

　　3.5 反饋電路設計

　　反饋電路的形式由輸出電壓的精度決定，本電源采用“光耦+穩壓管”形式反饋電路，光耦選LTV817A，VR2是額定電壓為18 V容差為2%的穩壓管。電源輸出端電壓由VR2、LTV817A和R4兩端的電壓決定。當輸出電壓變化時(shí)，電流流向光耦LED，從而下拉光耦中晶體管的電流。當電流超過(guò)TNY275PN使能引腳的閾值電流時(shí)，將抑制下一個(gè)周期，當下降的電壓小于反饋閾值時(shí)，會(huì )使能一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，通過(guò)調節使能周期的數量，對輸出電壓進(jìn)行調節。

　　當反饋電路出現故障時(shí)，即在開(kāi)環(huán)故障時(shí)，偏置電壓超過(guò)R7與旁路/多功能(BP/M)引腳電壓之和時(shí)，電流流向BP/M引腳。當此電流超過(guò)ISD(關(guān)斷電流)時(shí)TNY275PN的內部鎖存關(guān)斷電路將被激活，從而保護負載LED照明燈具。由于本設計使用了偏置繞組(可實(shí)現輸出過(guò)壓保護)將電流送人BP/M引腳，抑制了內部高電壓電流源，這樣的連接方式將265 VAC輸入時(shí)的空載功耗降低到40 mw，有效地降低了功耗。

　　4 結語(yǔ)

　　本文設計了一種基于TinySwitch-Ⅲ的LED驅動(dòng)電源電路，分析了其工作原理和設計方法。綜合考慮了幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節并闡述了各外圍電路的功能特性，給出了合理設計相關(guān)電路參數的依據，特別是利用PIXls Designer8軟件設計變壓器參數，大大縮短了LED驅動(dòng)電源的開(kāi)發(fā)周期。經(jīng)驗證，該電源具有變換效率高(82%)、穩定性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，可以為同類(lèi)LED驅動(dòng)電源設計提供一定的參考和借鑒。