采用TinySwitch-Ⅲ的LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)

隨著開關(guān)電源技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，小型輕量、高效率和低成本的開關(guān)電源得到了廣泛的應(yīng)用，以往開關(guān)電源的設(shè)計(jì)通常采用控制電路與功率管相分離的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但這種方案存在成本高、系統(tǒng)可靠性低等問題。美國(guó)功率集成公司(Power Integration Inc)開發(fā)的TinySwitch-Ⅲ系列新型智能高頻開關(guān)電源集成芯片很好地解決了這些問題。

LED作為一種新型綠色光源，由于其具有耗電量低、壽命長(zhǎng)、反應(yīng)速度快、高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，已被越來越廣泛的應(yīng)用。LED照明將成為繼白熾燈、熒光燈、金屬鹵化物燈后的第四代新型照明技術(shù)。LED是一種新型的半導(dǎo)體器件，需要穩(wěn)定的直流電源。但傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電源問題，造成LED照明光源壽命短的缺點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)一種穩(wěn)定可靠、轉(zhuǎn)換效率高、壽命長(zhǎng)的LED驅(qū)動(dòng)電源對(duì)于LED照明至關(guān)重要。本文設(shè)計(jì)了基于TinySwitch-Ⅲ系列芯片的一種反激式低成本高效率驅(qū)動(dòng)電源電路，介紹了設(shè)計(jì)原理和方法。該驅(qū)動(dòng)電源能夠輸出恒定的電壓和恒定的電流，有效地延長(zhǎng)LED照明光源的壽命。

1 設(shè)計(jì)原理及芯片選擇

1.1 基本原理

反激式隔離變換器最主要的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，因而在中小功率開關(guān)電源中是最為常用的變換器之一。其典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1中，+Uin為整流后的輸入電壓;T為脈沖變壓器，設(shè)計(jì)中還應(yīng)有回路控制的偏置繞組;D1為輸出回路的快恢復(fù)肖特基整流二極管;R1和C1為其阻容吸收電路;輸出電路還包括由電感L0和兩個(gè)電容C0組成的一個(gè)π型低通濾波電路;變壓器初級(jí)有Rr、Cr和Dr組成的RCD漏感尖峰吸收電路;Q為控制脈沖變壓器一次繞組導(dǎo)通和截止的反激式變換器所需的開關(guān)功率MOS管;Np為初級(jí)繞組匝數(shù)，Ns為次級(jí)繞組匝數(shù);設(shè)計(jì)中變壓器一次側(cè)與二次側(cè)的地信號(hào)采用安規(guī)電容隔離;“·”表示同名端。

圖1 反激式變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在反激式變換器中，Q導(dǎo)通時(shí)以隔離變換器的磁芯儲(chǔ)存能量，Q斷開后將儲(chǔ)存在T中能量釋放至后級(jí)，經(jīng)過整流二極管、濾波電路處理后，給負(fù)載RL提供所需要的優(yōu)質(zhì)電壓和功率。

1.2 TNY275PN芯片介紹

TinySwitch-ⅢI器件以限流模：式工作。開啟時(shí)，振蕩器在每個(gè)周期開始時(shí)開通功率MOSFET。電流上升到限流值或達(dá)到DC MAX的極限時(shí)關(guān)斷MOS-FET。由于TinySwitch-Ⅲ設(shè)計(jì)的最高限流值與頻率是定值，它提供給負(fù)載的功率與變壓器初級(jí)電感及峰值初級(jí)電流的平方成正比。因此，電源的設(shè)計(jì)包括計(jì)算實(shí)現(xiàn)最大輸出功率所需的變壓器初級(jí)電感。如果根據(jù)功率選擇了正確的TinySwitch-Ⅲ，那么流過電感內(nèi)的電流會(huì)在達(dá)到DC MAX極限前上升到限流值。

本設(shè)計(jì)采用TNY275PN電源芯片作為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電源的控制芯片。TNY275PN電源芯片在一個(gè)器件上集成了一個(gè)700 V高壓MOSFET開關(guān)和一個(gè)電源控制器，與傳統(tǒng)的PWM控制器不同，它使用簡(jiǎn)單的開/關(guān)控制方式來穩(wěn)定輸出電壓。控制器包括一個(gè)振蕩器、使能電路、限流狀態(tài)調(diào)節(jié)器、5.8 V穩(wěn)壓器、旁路/多功能引腳(BP/M)欠壓及過壓電路、限流選擇電路、過熱保護(hù)、電流限流保護(hù)、前沿消隱電路。該芯片具有自動(dòng)重啟、自動(dòng)調(diào)整開關(guān)周期導(dǎo)通時(shí)間及頻率抖動(dòng)等功能。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 設(shè)計(jì)要求

AC輸入電壓范圍U=195 V～265 V(通常在亞洲、歐洲和世界上大多數(shù)地區(qū)使用);

輸出電壓U。=20 V;輸出電流I。=0.7 A;

輸出功率P。=14 W;電路效率η≥80%。

2.2 電路實(shí)現(xiàn)

由于反激變換器電路簡(jiǎn)單且能高效提供直流輸出，在中小功率、小體積的電源電路中特別常用，因此主電路采用RCD箝位電路的反激變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確定工作頻率f=132 kHz?；赥inySwitch-Ⅲ的LED驅(qū)動(dòng)電源電路圖如圖2。

圖2基于TinySwitch-Ⅲ的LED驅(qū)動(dòng)電源電路