一种反激式恒流LED驱动电源设计详解-KIA MOS管

LED 的稳定和高效率工作依赖于其驱动电源的驱动方式及效率。LED 的驱动方式主要有恒压式和恒流式 2 种，其中恒流式能够较为精确的控制LED 亮度，对 LED 的串接个数要求较低，并且能够让 LED 更加安全的工作，因而恒流驱动是当前流行的驱动方式。

在现代生活中，节能和环保日益受到重视，LED照明因其高效节能的特性而广泛被采用。LED灯具的使用寿命不仅取决于其自身的质量，还与其电源驱动的性能密切相关。一个稳定可靠的LED驱动电源对于延长LED的使用寿命至关重要。为更好地服务客户，促进行业的共同进步，金鉴实验室推出专业的“LED驱动电源失效分析”业务，给客户方便准确的测试服务。

另外在 100 W 以下的开关电源中，反激式开关电源所需元件数量最少，电路简单，成本较低，因而在这一级别的电源中，常常采用反激式拓扑结构。

反激式开关电源工作原理

反激式开关在 100 W 以下的开关电源领域占有较大的市场份额，其电路原理示意图如图 1 所示。

反激式开关的主要由整流电路，滤波电路，变压器及原边吸收电路，主开关及其驱动电路，输出整流滤波电路，电压或电流反馈回路等组成。

反激式开关电源的工作模式迥异于其他开关电源拓扑结构，在主开关导通时，变压器原边电流增加，此时副边并不输出能量，变压器存储能量;而当主开关截止时，原边截止，变压器存储的能量通过副边释放到负载上。输出电压或电流的调整通过反馈回路调整主开关的占空比实现。

反激式开关电源的设计中，变压器和反馈回路的设计是关键所在，关系到开关电源的效率和输出稳定性。

基于 TOPSwitch- Ⅱ的反激式恒流开关电源设计

TOPSwitch- Ⅱ离线单片式开关电源芯片

TOPSwitch- Ⅱ系列离线单片式开关电源芯片是美国 Power Integration 公司生产的开关电源专用芯片，其集成了振荡器、PWM 比较器、逻辑电路、高压MOSFET 功率管及保护电路。

TOPSwitch- Ⅱ芯片内部功能模块见图 2。

TOPSwitch- Ⅱ芯片有 3 个管脚，其中，漏极连接内部 MOSFET 的漏极，在启动时，通过内部高压开关电 流 源 提 供 内 部 偏 置 电 流;

源 极 连 接 内 部MOSFET 的源极，是初级电路的公共点和基准点;控制极是误差放大电路和反馈电流的输入端，在正常工作时，由内部并联调整器提供内部偏流，系统关闭时，可激发输入电流，同时也是提供旁路、自动重启和补偿功能的电容连接点。

TOPSwitch- Ⅱ的反激式恒流开关电源原理

鉴于 TOPSwitch- Ⅱ系列芯片具有集成度高、功能完备、电路简单等优点，本文根据输出功率和输入电源情况选用 TOP222 作为主控芯片，并采用恒流式反馈电路，设计了一种输出电流为 1 A，额定功率为 10W 的反激式恒流电源。

该电源的原理图见图3。

该反激式恒流式开关电源由整流滤波电路，变压器及原边吸收电路，主控芯片及辅助电路，恒流输出电路，恒流反馈电路等组成。

整流滤波电路由共模电感 L1 ，整流桥 BR1 和电容 C1 、C2 组成，其中 C1和 L1 主要过滤来自电网的共模干扰，市电经 BR 1 整流后形成 310 V 左右的直流，C2 为后级电路存储能量。

变压器是反激式开关电源设计的难点和重点之一，其设计的好坏关系到开关电源的工作效率和稳定性。

瞬态抑制二极管 VR1和快恢复二极管 D1 组成变压器 T1 原边的吸收电路，在主开关 U1 截止时能够把变压器原边线圈两端的电压箝位到 200 V 左右的一个固定值，这个固定值加上 C2 两端的电压即为施加在 U1 漏极与源极间的电压，防止 U 1 漏极与源极电压过高而击穿。

主控芯片为 TOP222，采用 TO220 封装，共3 根引脚，分别为控制极、漏极和源极。其所需外围芯片极为简单，在控制极需要连接一个电容 C4 为控制极提供偏置电压，并为芯片内部的控制和驱动电路供电。

恒流输出电路较为简单，快恢复二极管 D3 保证在 U1 导通时变压器 T1副边绕组电流为零，变压器存储能量，U1 截止时 D3 导通，变压器能量通过 C6、L2、C8 滤波后输出。

恒流反馈电路把输出电路的电流以电压的形式负反馈到 U1 的控制极，U1 通过调整开关工作的占空比改变输出回路的输出电压从而保证输出电流恒定。且反馈回路与前级电路通过光耦隔离。