一種長壽命LED驅(qū)動電路設(shè)計方案（一）

該方案以延長電路使用壽命為主題，以開關(guān)電源與線性電源相互結(jié)合為基礎(chǔ)，揚長避短充分利用各自的優(yōu)勢，因為開關(guān)電源具有高效率的能量變換的特點而線性電源具有無輸出紋波的特點，本設(shè)計方案充分利用其各自的優(yōu)勢來替代電解電容濾波，有效的解決了現(xiàn)有LED驅(qū)動電路存在壽命短的問題。這款LED驅(qū)動電路無大容量電解電容，小型電容可以采用長壽命的薄膜電容等容性元件，使其具有壽命長、效率高、紋波電流小特點，并且具有較高的安全性和穩(wěn)定性。

1.前言

LED(發(fā)光二極管)為新一代的綠色照明光源，具有節(jié)能、環(huán)保、高亮度、長壽命等諸多優(yōu)點。它不僅是照明光源的新寵，也與人們的生活戚戚相關(guān)。因此，研制長壽命的驅(qū)動電源，構(gòu)建高效率、低成本、高功率因數(shù)和是LED燈發(fā)光品質(zhì)和整體性能的關(guān)鍵，也是LED照明技術(shù)發(fā)展的需要。據(jù)不完全統(tǒng)計現(xiàn)有的白熾燈泡壽命比LED燈少約40倍。因為發(fā)光二級管不僅是直流電流驅(qū)動器件，也是光電轉(zhuǎn)換器，有將光電轉(zhuǎn)換的功能。它的作用主要是通過流動電流，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?，所以其?yōu)勢是比一般的光源的節(jié)能效率和工作壽命都要高。但是，在LED驅(qū)動電源的整流電路和濾波電路中一般需要使用大容量的電解電容。電解電容器的壽命一般為l05℃/2000h,就是說當(dāng)電容周圍溫度升高到105℃時其壽命只有84天，即使工作在溫度為85℃的環(huán)境中，使用壽命也僅為332天，所以電解電容是阻礙LED驅(qū)動電路壽命的主要原因。為了提高驅(qū)動電源的壽命，有必要去掉電解電容，為此文中提出一種無電解電容的高亮度LED驅(qū)動電源。

2.LED驅(qū)動電路的工作原理

本設(shè)計方案電路的總體框圖如圖1所示：

電路拓撲采用反激式拓撲電路、利用PWM控制開關(guān)頻率，使其輸出恒定的電流和電壓，驅(qū)動LED燈。主要包括：前級保護電路、EMI濾波電路、整流電路、RCD鉗位電路、同步整流電路、功率轉(zhuǎn)換電路、輸出濾波電路、反饋電路、控制電路等。

為了使電路受電磁干擾較小，將EMI濾波電路接在前級保護電路后，通過它將電路中的高次諧波和電路中的浪涌濾除。

在輸入整流部分上，分別由橋式整流電路及π型濾波電路構(gòu)成，因為二極管具有單向?qū)ǖ奶匦?，所以橋式整流電路可以將交流電轉(zhuǎn)換為單向的直流電，而后在π型濾波電路的作用下，輸出穩(wěn)定直流電壓。

再由控制電路調(diào)節(jié)和控制使輸出達到設(shè)計值，最后經(jīng)過輸出濾波電路，使輸出波紋減小變成直流電，最后將直流電輸出給LED使用。

3.LED驅(qū)動電路的具體設(shè)計

3.1 輸入電路的設(shè)計

本設(shè)計電路的指標(biāo)為：輸入交流電壓Vin:90-264 VAC/50-60Hz;輸出電壓Vo:27VDC;輸出電流Io:0.68A.

如圖2所示，輸入電路包括安全保險裝置、EMI噪聲濾波裝置、橋式整流電路和π型濾波電路。

如圖2所示，為了減少在1MHz的頻段內(nèi)的電磁干擾，由電容C1、C2和電感L1、L2組成了EMI噪聲濾波電路。安全保險裝置由保險絲和ZNR組成，當(dāng)有危害電路的尖峰電流產(chǎn)生的時候，保險絲會迅速切斷電路以保護負載;ZNR是浪涌吸收器，當(dāng)驅(qū)動電路的輸入端出現(xiàn)靜電和浪涌時它會變得阻抗很高，因此可以保護后面的電路。橋式整流濾波電路，它的作用是將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，其后的π型濾波器的作用濾除電路中電壓與電流的波紋。

3.1.1 EMI濾波器的設(shè)計

EMI濾波電路圖如圖3所示，EMI濾波電路在整流橋前，由差模電容CX1和CX2,主要用于衰減差模干擾，其值一般較大。

為了減少差模干擾，所以在整流橋后添加由C1、C2和L1組成π型差模濾波器。

EMI濾波電路中的差模電容選用X安規(guī)電容，安全等級為X2,其耐壓值2500V,其中CX1=0.47uF,CX2=0.01uF.共模電感LX1為7mH和LX2為1mH.整流橋后π型濾波電路的C1和C2濾波電容選用耐壓450V的薄膜電容，其電容值為0.22uF;差模電感L1大小為1mH.

從圖4中可以看出，當(dāng)頻率高過1KHZ時噪聲信號會有明顯的下降。可以看出該電路可以有效地降低高頻干擾。

3.1.2 整流橋二極管的選擇

整流橋二極管的電壓應(yīng)力為：

考慮裕量，選用H D 0 6 ( V R = 6 0 0 V,IFAN=0.8A)。

3.2 高頻反激變壓器的設(shè)計

3.2.1 變壓器的參數(shù)的設(shè)計

(1)使用90Vac輸入電壓和9串負載做為最差工作條件來設(shè)計。

3.2.2 變壓器的仿真

如圖5所示，變壓器工作在DCM條件下原邊與副邊的電路電流波形圖。從圖中可以看出原邊電流Ipm與副邊電流Ism的值總是在從0開始增加，變壓器工作在此狀態(tài)可以保證能量的基本完全傳遞。