基于TOPSwitch-JX LED恒流驱动器的设计

摘要：文中以设计一种精密高效的LED恒流驱动电源为目的，采用TOPSwitch_JX系列智能集成芯片实现了一款恒流驱动器，经过实际性能测试，得到了稳定的输出电流，达到LED恒流驱动的要求。
关键字：LED；TOPSwitch-JX；MOSFET

    在全球能源短缺、环境污染日益严重的情况下，LED作为新型高效固态光源，具有寿命长、节能、安全、绿色环保、色彩丰富、微型化等显著特点，必将成为照明的主流产品，因此LED横流驱动器的设计便引起广泛关注。

1 LED恒流驱动器设计方案
1．1 LED恒流驱动器设计理念
    电路框架结构简单，低成本，PFC值高，芯片功耗小于20mW，恒流精度高。
1．2 LED恒流驱动器设计思想
1．2．1 LED恒流驱动器系统框架图
    LED恒流驱动器的基本组成框架图如图1所示。交流输入通过保护电路和桥式整流滤波后得到脉动直流，脉动直流经MOSFET的通断后变成频率较高的交流信号，再通过隔离变压器经处理后得到直流信号，此直流信号经过反馈网络后并反馈给开关电源芯片，芯片通过增大或减小占空比(PWM)对电流进行调节，进而达到恒流的目的。

1．3 TOPSwitch-JX引脚
    漏极D引脚：高压MOSFET的漏极输出端。通过该脚给内部启动电路提供高压直流电流源，内部电流线流信号通过该端取出。

    控制C引脚：误差放大器和反馈电流输入端。电路通过调节占空比的大小来调节输出状态；内部关闭调节端，自动复位模式通过外部旁路电容来实现该功能。
    外部电流限制X引脚：外部电流输入调整端。可实现ON／OFF控制与同步功能，如该引脚与S引脚连接则将丧失上述功能。
    电压控制V引脚：此引脚为欠压过压保护所设计，如该引脚与S引脚连接则将丧失上述功能。
    频率F引脚：内部工作频率选择端。若连接到S引脚，则芯片工作在132kHz，若连接到C引脚，则芯片工作在66kHz，但绝不能悬空。
    源极S引脚：内部高压MOSFET源极端。该脚直接与功率地连接，则为一次控制电路基准端。

2 LED恒流驱动器设计
2．1 LED恒流驱动器设计指标
    设计指标：①输出功率：20W；②输入电压：90-265 VAC(50Hz)；③输出电压：36V；④输出电流：560mA；⑤工作频率：66kHz。
2．2 LED恒流驱动器设计及参数计算
2．2．1输入输出参数计算
    根据设计的要求，考虑到电路损耗，功率输出为Pout，输入功率如式(1)所示
   
2．2．2 交流输入EMI滤波设计
    如图3所示：交流输入EMI滤波设计图，工频交流经过EMI滤波电路滤除电磁干扰后进行桥式整流，得到脉动直流，C2A为较大容量电解电容，耐压值工程上选取大于1．5Uin，Uin与Udc的关系可用式(3)表示
   

2．2．2 欠压过压保护设计
    如图4所示为欠压过压保护设计图，电阻R3，R4是设置欠压和过压门限的电阻，其欠压过压门限计算如式(4)所示
   

    其阻值可在4～10．2MΩ之间调节，这两个电阻可以把芯片损耗控制在26～10mW之间。
2．2．3 钳位保护设计
    如图5所示为钳位保护设计图：钳位电路的作用是吸收MOSFET开关瞬间产生的尖峰电压，当场效应晶体管关断时，由于变压器漏感的作用，漏极上会产生很高的电压尖峰。如果不采取措施，将导致场效应晶体管被击穿，并造成芯片的损坏。

2．2．4 反馈部分设计
    如图6所示为反馈电路设计图，R17与R18构成分压电路，使R18的电压为2．5V(U2一般选取TL341精密稳压器)，为U2提供基准电压，确定R17与R18阻值计算公如式(5)所示
   

    当输出增大时，R18的电压就会大于2．5V，光耦的电流就会增大，此时电源芯片就会减小占空比，反之，当输出减小时，电源芯片就会增大占空比，从而达到恒流的目的。C22为滤波电容，C16和R19起补偿作用，U3为线性光耦(可以采用PC817)，R16为限流电阻，Q2的作用是为了减小二次侧回路的损耗。
2．2．5 输出滤波设计
    如图7所示为输出滤波设计图，D5半波整流，C12，R15，虑除高频毛刺，C13，C14为比较大容量的电解电容，用于平滑滤波，C21用于虑除高频波。

3 性能测试及结果分析
    如表1所示为测试数据，从以上数据可以得知输出电流的最大波动率为(0．560-0．557)／0．560x1000‰=5‰，电流稳定度较高，输出电压较平稳。

4 结束语
    本文根据LED驱动器性能要求，给出了一种设计方案，提高了芯片效率，简化电路结构，增强热关闭保护的灵敏度。同时电路中含有软启动、欠压保护、过压保护、热关闭等保护，从而实现了电路高效、安全、高可靠性、精密度高的特性，因而在LED恒流驱动方面具有广泛的应用前景。