大功率LED恒流驅動電源設計

摘要：為了驅動高功率LED，設計了一種基于隔離反激式原理的恒流驅動開關電源。該設計主要包括反激式開關電源電路的設計、開關電源變壓器的選擇和設計、功率因數校正電路的設計以及相關的各種保護電路的設計。綜合考慮EMI和散熱問題，對該電源進行了恰當的PCB設計并完成了實物制作，對該電源進行了輸出測試和功率因數測試實驗，實驗結果表明該電源功率輸出穩定，輸出電壓為41．8 V，電流為338 mA功率因數為0．86，并成功點亮了12個1 W的大功率LED。該設計對大功率LED的應用具有一定的參考價值。
關鍵詞：大功率LED；恒流驅動電源；開關電源；功率因數校正

0 引言
LED(Light Emitting Diode)是一種注入型電致發光半導體器件，作為21世紀最新發展的環保型光源，有著發光效率高、發光單色性好、壽命長、節能環保等諸多優點，因此被譽為“第四代光源”，隨著大功率LED的研究和發展，發光效率超過100 lm／W的功率型LED已經在照明行業得到了廣泛的應用，隨著技術的發展，大功率LED的特性將日趨完善，但是也存在不少的缺點，其中燈具壽命與LED壽命的不匹配是一個較為嚴重的問題，一般LED具有很長的壽命，利用LED設計的照明產品，其整體壽命取決于這個設計中壽命最短的部分，而一個LED燈壽命最短的就是驅動電源，因此驅動電源的好壞影響了LED燈具的應用。
LED的驅動電源大多采用開關電源，比如正激式隔離開關電源、反激式隔離開關電源、推挽式開關電源、橋式和半橋式開關電源等。本文采用的是反激式隔離開關電源，通過合理的元件選擇、電路設計、補償電路設計，探索提高效率和合理的LED驅動電源的設計方法。

1 驅動電源的電路設計
該驅動電源采用反激式隔離開關電源設計，實現350 mA的恒流輸出，可以驅動12個1 W的大功率LED。電路整體設計如圖1所示，整個電路的工作原理及工作過程是當110～265 V的交流電輸入電路之后經過保險絲F1和EMI濾波電路之后整流，其中的EMI電路由一個共模電感T1和兩個X2型電容CX1和CX2組成。在輸入端還有一個負溫度效應的熱敏電阻RT1，這是為了防止浪涌電流對后面的器件造成損害，當電源還沒有通電時，熱敏電阻的阻值很大，所以可以起到限制浪涌電流的作用；當電路正常工作后，熱敏電阻由于有電流通過而發熱，導致電阻會變得很小，所以正常工作后，熱敏電阻的功率損耗是很小的。

電流經過整流橋濾波之后再經過CBB電容C1濾波，然后經過功率因數校正電路，使功率因數提高到0．85～0．90之間。之后電流經過初級繞組、開關管Q1和采樣電阻R6和R7到地，這就是電源輸入端的主回路。通過控制主回路的電流實現恒流控制，具體的方法是通過采樣電阻將輸入端的電流信號轉化為電壓信號，反饋到PWM控制芯片的3號引腳調整芯片輸出脈沖的占空比來實現。在主回路上，由于開關管在斷開的瞬
間初級繞組的能量無法瞬間釋放而產生很大的尖峰電壓，如果這部分電壓無法釋放將會造成開關管“打火”而燒毀，所以在初級繞組的兩端還要設計尖峰電壓吸收回路，這部分電路由肖特基二極管D4、電阻R4，R5和高壓瓷片電容C3組成。當開關管斷開的時候，二極管D4導通，初級繞組和這部分電路形成了回路，從而實現尖峰電壓的吸收。