LED路灯的高效率电源驱动器设计

1 LED 路灯的电源驱动原理

近些年随着大功率的LED 发光技术的升级，大功率的白光LED 进入了照明市场，越来越多的被应用于通用照明领域。因为LED 本身具有高光效、寿命长、抗浪涌能力差等特点，以此LED路灯的电源控制和驱动系统就成为了保证其功能和高效的重要基础。

为了设计出更加安全可靠的电源驱动器，必须对其工作原理进行了解。本文对LED 路灯电源驱动器的基本工作原理进行简要的介绍：主要的系统设计是处采用隔离变压器、PEC 控制电源开关，并保证输出为恒定的电压，完成对LED 路灯的驱动。因为实际中LED 的抗浪涌的能力较差，尤其是对反向电压更为敏感。

所以在电源控制中应当注意对这方面的保护效果的提高。同时，LED 路灯主要的工作状况是户外，因此要增加对防浪涌的措施。

因为对其供电的电网容易受到雷电的干扰，从而产生感应电流而涌入电网，从而导致对LED 的破坏。所以电源的驱动也应当具备抑制浪涌的功能，达到保护LED 的效果。此时采用的EMI 滤波电路就起到了这种防止电网谐波串入的模块，以此保护路灯的电路正常工作。

2 LED 路灯的电源驱动器的设计

2.1 驱动器设计简述

针对LED 路灯系统的电源控制器的设计需要考虑到其特地和基本要求才能达到目的。具体的情况如下：此系统中的每个路灯的功率在 100W 以内;为了提高路灯的实用性，路灯的LED 被分为若干小组，每组LED 则是串联驱动，组与组之间为隔离驱动，保证单组损坏而不影响整个LED 的工作;为了提高路灯的安全性，输入和输出系统需要有电气隔离;电源的公因数必须维持在较高的水平。

在设计中为了满足以上的基本需求，通常采用的是AC/DC 恒压电源和多路控制的DC/DC 恒定流动驱动级联的方式完成对多路的LED 驱动。AC/DC 部分采用的是反激形式拓扑，输出的功率可以满足LED 的功率;DC/DC 的部分采用国半德尔LED 恒定电流芯片。其中在AC/DC 部分所采用的反激式的电源所产生的损耗将影响电源的效率，其损耗主要有：一次场效应晶体管的损耗，主要是导通和开关损耗;二次侧的整流二极管造成的功率损耗;高频变压的固有的铁损、铜损、漏感损耗等，为了提高整个电源的高效率就应当对上面三种情况进行控制。

2.2 控制形式和零电压设计

在提高效率的设计中，如采用ST 所生产的L6562 作为控制芯片，此芯片是一种较为经济的功率因数校正控制元器件。反激方式电源工作是在不连续导电的模式下进行工作的，通过前端的滤波其进行自动调整实现高功率。为了减小场效应晶体管损耗，利用与芯片相适应的器件，这样可以有效的降低在导通时出现的损耗，同时还可以利用准谐振的技术实现场效应晶体管的零电压导通，完成对开关损耗的控制。

2.3 同步整流设计

通常的反激式开关在利用中二次侧的整流二级管也会形成较大的损耗，为了实现高效率可以利用具有低导通降压的二极管来缓解高损耗的问题，但是实践中看，此种改进的效果并不明显，同时一些设计中输出的电压较高，而肖特基二极管的反向耐压性能并不理想，所以其不能满足高效率需求。

实践证明较好的方法是采用同步整流技术对功率进行调整，利用导通电阻较低的场效应晶体管代替整流二极管。同步整流方式可以分为外驱动和内驱动两种，工作原理也可分为电压型和电流型、谐振型驱动等。这些同步驱动的方式各自有其优势和不足。

其中一种较为实用的是电流同步的控制驱动方案，但是因为驱动中选择了场效应晶体管门极驱动电压钳位在输出电压上，而门极穿电压通常较低，因此要采用此种方法就要降低输出电压。

所以可以采用混合型的同步整流方法，其工作的原理为在两个变压器上的两个绕组为T3、T4，其中T3 设计为二次绕组主要负责能量的传递，T4 则为辅助绕组。在T4 上的电压随着T3 电压的升高而升高，用于开启同步整流用场效应管。此时的电流互感器中的两个绕组也起到不同的作用，初级绕组是串联在主电路中，是检验流经的场效应管的电流 ，当该绕组中的电流下降到0 的时候，另一个绕组则将场效应管断开。所以此种方案可以利用电压信号来控制场效应晶体管的导通，电流信号泽尔负责其关闭，不仅仅提高了效率还可以稳定的工作，控制了无开通的情况。

2.4 变压器的高效率设计

高频率变压器是隔离形式的电源中不可或缺的器件，在提升效率的方面也有着重要的作用。变压的损耗主要来自铜损、铁损、漏感损耗，此三者的损耗可以通过必要的手段进性损耗的控制，但是控制的措施不能完全达到综合高效的目标效果。因此，新型的变压器技术将高频率供电系统进行了升级。此种变压器的技术日趋成熟，主要特点是高度低，利用底部面积大的平面磁芯。此种变压器采用的绕着是螺旋印制线构成。和以往的变压器相比此种平面型的变压效果更高，工作效率也得到了提升，且体积小、漏感小、导热性好、一致性强等。虽然其距离应用还有一段时间，但是可以成为高端应用领域的替代产品。

3 结论

LED 路灯系统的高效率电源驱动器的设计，其首要的目的就是保证路灯的高频率工况，同时防止供电系统中的干扰侵入到路灯系统中而造成损坏。其次，利用多种复合电路和晶体管来提高供电过程中的各种线路损耗，提高供电的效率，以此达到安全、高效的目的。