LED驱动电源PFC电路的设计

LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电源转换器，通常情况下：LED驱动电源的输入包括高压工频交流（即市电）、低压直流、高压直流、低压高频交流（如电子变压器的输出）等。

而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。

1．1工作原理

LED驱动器主要用于大功率照明。设计时必须达到正常照明要求；满足高效率、低成本和小体积；电源驱动器的输出必须采用恒流控制；充分考虑安全工作。

交流输入首先进人防雷浪涌保护及EMI路，该部分电路即防止外部干扰侵入电源内部，同时又阻止内部的干扰进入交流输电系统；正常输入交流经整流滤波电路，进入功率因数校正电路，进行电压电流波形调制，实现功率因素和电流谐波要求；经恒流控制电路实现恒流输出，实现LED正常工作。工作原理图，如图1所示。

1．2技术指标

系统设计技术指标要求，如表1所示。

系统选用具有芯片价格廉价、便于设计、没有开通损耗。

升压管关断时是零电流自然关断，承受的尖峰较小．损耗也相应较小等优点的临界导通型控制模式（CRM），CRM模式的工作原理框图如图2所示［6-8］。用于CRM模式控制的芯片比较多，ST公司的L6562D芯片具有性能优良、可靠性高、价格低廉等特点，故选择该芯片。本系统采用控制芯片L6562D设计PFC电路，具有外部电路简洁，逐个脉冲进行电流限制，有可编程的输出过压保护和开环保护功能。电路原理如图3所示

2．1高频滤波电容

设计要求最低、最低输入电压、最大输出功率分别为V（nln）=17V、V（唧）=264V、Po）=90W，PFC电路工作频率f~=90kHz，输出电压Vo=400V，PFC电路效率7／=96％，根据式（1）可得Im=O．58A。

2．4变压器的匝数

因此处的电感不仅作为电感，还要作为一个变压器用来产生控制IC所需要的电源。可以推算出在输入电压为170VAC时的工作频率，作为变压器副边供电，必须保证IC能够正常工作，为此处设定工作电压为l8V。选择TDK的PQ26／2o型磁芯：Ae=l19mm。取其最大的磁通密度为：AB=O．25T。据式（5）得Nr．=49．5，选50匝。据式（6）可计算D=0．4。据据式（7）可得Ns=5匝。

2．5PFC的MOSFET原边电流在在最低电压的时候其电流有效值为最大，通过式（8）的近似计算。0．58A，实际上在MOSFET关断的时候，其上面是没有电流流过的，可以选用场效应管SPP20一N60C3。

3．1保护功能

该系统设计要求有输出的过电压、短路和过温等保护功能。VIN0=2．2uF．L_FC3=0．1uF

输出过压保护是通过检测输出电压，当输出电压超过保护点时．通过光祸隔离将触发信号传输到初级，拉低控制芯片L6565D的COMP端，使电源无输出。

输出短路保护是通过电阻采样输出电流．当输出电流超过设定的保护点（2A）时，比较器翻转，驱动光祸导通，光祸的次级将控制芯片L6565D的COMP端，使电源无输出。当短路状态解除以后，能够自动恢复输出。

输出过温保护通过在控制芯片L6565D的供电电源端VCC串联一个105℃的常闭温度继电器ST一22来实现．温度继电器贴装在主功率管的散热器上．当温度超过105oC时，温度继电器断开，电源输出关闭，当温度恢复至95℃左右时，温度继电器重新闭合．电源输出恢复。

3．2BUCK恒流源电路

BUCK电路拓扑形式简洁，外围元件少，效率高，电路原理如图所示，控制芯片选用MPs公司的MP4688，电路如图4所示。

3．3防浪涌、防雷、EMI滤波电路

本电源是为LED路灯供电．防浪涌、防雷是基本要求之

一，较大的输入功率（约90W）使得EMI滤波也是其重要指标要求，针对这三个技术指标，设计电路如图5所示。

压敏电阻RV。起到防浪涌的作用，RV：、RV3、VG1（气放管）共同构成防雷电路，共模电感、L。、cI—C构成EMI滤波电路，保险丝F1提供输入短路保护，～3为C。、提供放电通路。

4系统测试测试框图如图6所示。A4．1绝缘电阻测试用绝缘耐压测试仪测试被测电源输入对输出，输入、输出对外壳的绝缘电阻Ra，应大于等于50MI}，测试电压：DC500V，分别短接输入端子和输出端子。

4．2绝缘强度测试用绝缘耐压测试仪测试被测电源．施加下列条件并保持lmin，应无击穿和闪络现象。分别短接输入端子和输出端子。

4．3短路保护功能测试按测试框图所示连接电源供电、调压器、智能电量测量仪、被测电源、电子负载及各测量仪器仪表，调节调压器使输入电压为AC230V．被测电源正常工作。用电子负载的短路功能使被测电源输出短路，然后解除短路状态，被测电源应能恢复正常工作状态。被测电源的短路保护功能正常。

4．4高低温工作试验

将被测电源放入温度试验箱内，按测试框图连接好仪器仪表及电子负载。启动温度试验箱降温至一45℃±2℃。恒温2h后加电，进行测试。完成测试后开始升温。升温过程中保持被测电源额定工作状态，温度升至+45oC±2oC，恒温加电2h后进行测试。

通过测试，本系统解决措施是有效的，提高了变换器的效率，使本电源整体效率达到了技术要求。由实验数据结果和波形得出结论：基于PFC设计与实现的LED驱动电源，设计合理，调试和试验中性能可靠稳定，性能和指标都满足设计需求。

LED被认为是未来最有前途的照明光源，而LED驱动电源是影响和制约LED寿命的最主要因素。本论文是在这一前景下，研制的基于PFC的LED驱动电源。该驱动电源损耗低，具有较高的功率因数和效率。该驱动电源电路形式简洁、外围元件少、体积小、功率密度较高、可靠性高，防水、防尘等效果良好，各项性能均满足标要求。