基于高频恒流的LED开关电源

在科技高度发展的今天，电子产品的更新换代越来越快，LED灯的技术也在不断发展，为我们的城市装饰得五颜六色。恒流驱动的LED开关电源在目前的市场中占有非常大的比例和份额，而适用于节能灯的LED开关电源，在最近几年中更是非常受欢迎。

在本方案中，我们所设计的这一适用于节能灯的高频恒流LED开关电源方案，其核心以UC3842为控制部件，完成后的开关电源控制电路是一个电压、电流双闭环控制系统。在这一电压电流双闭环控制系统中，我们所设计的变换器的幅频特性由双极点变成单极点，因此，增益带宽乘积得到了提高，稳定幅度大，具有良好的频率响应特性。这一LED开关电源的主要的功能模块包括启动电路、过流过压欠压保护电路、反馈电路、整流电路。

启动电路设计思路

首先我们来看一下这一节能灯适用的LED开关电源启动电路的设计方案。在这一电路系统中，交流电由C16、L1、C15以及C14、C13进行低通滤波，其中，C16、C15组成抗串模干扰电路，用于抑制正态噪声。而C14、C13、L1组成抗共模干扰电路，其主要功能是抑制共态噪声干扰。它们的组合应用对电磁干扰由很强的衰减旁路作用。

经过低通滤波和共态噪声干扰抑制后的交流电压，经D1～D4桥式整流以及电解电容C1、C2滤波后，将会变成310V的脉动直流电压。这一脉动直流电压经R1降压后能够给C8充电，当C8的电压达到UC3842的启动电压门槛值时，UC3842开始工作并提供驱动脉冲，由脚6输出推动开关管工作。随着控制芯片UC3842的启动，R1的工作也就基本结束了，余下的任务将会交给反馈绕组来完成，此时反馈绕组将会产生电压给UC3842供电。由于输入电压超过了UC3842的工作，为了避免意外，用D10稳压管限定UC3842的输入电压，否则将出现UC3842被损坏的情况。

短路过流、过压、欠压保护电路设计思路

LED开关电源的电路设计中，工程师需要综合权衡可能遇到的突发情况，并合理设置相应的保护电路，以此保障开关电源的正常驱动工作。在本方案中，我们所设计的保护措施主要有短路过流、过压以及欠压保护三个方面。

如上图图1所示，如果在这一节能灯适用的高频恒流LED开关电源运行过程中出现了输出端短路而产生过流的情况，此时开关管的漏极电流将大幅度上升，而R9两端的电压将会快速上升，UC3842的脚3上的电压也上升。如果当该脚的电压超过正常值0.3V达到1V(即电流超过1.5A)时，UC3842的PWM比较器将输出高电平，使PWM锁存器复位，关闭输出。这时，UC3842的脚6无输出，MOS管S1截止，从而对电路起到一个保护作用。

接下来再来看一下本方案中的过压保护电路设计思路。在我们所设计的恒流驱动LED开关电源方案中，如果供电电压发生过压，此时控制器UC3842将无法调节占空比，变压器的初级绕组电压大大提高，UC3842的脚7供电电压也急剧上升，其脚2的电压也上升，关闭输出。如果电网的电压低于85V，UC3842的脚1电压也下降，当下降到lV以下时，则PWM比较器输出高电平，使PWM锁存器复位，关闭输出。如果人为意外地将输出端短路，这时输出电流将成倍增大，使得自动恢复开关RF内部的热量激增，它立即断开电路，起到过压保护作用。一旦故障排除，自动恢复开关RF在5s之内快速恢复阻抗。因此，此电路具有短路过流、过压、欠压三重保护。

反馈电路设计思路

在本方案中，我们所设计的高频恒流驱动LED开关电源，其反馈电路在设计时主要采用精密稳压源TL431、放大器AD8022和线性光耦PC817来构成。在这一反馈电路的设计中，我们主要利用TL43l可调式精密稳压器构成误差电压放大器和电流放大器AD8022，再通过线性光耦对输出进行精确的调整。如图1所示，R4、R5是精密稳压源的外接控制电阻，它们决定输出电压的高低，和TL431一并组成外部误差放大器。

在这一恒流驱动LED开关电源的电路设计中，反馈电路的设置也是非常重要的，直接关系到功耗的大小和稳压效果。当输出电压升高时，取样电压VR7也随之升高。在这一电路系统的设计中，我们设定电压大于基准电压2.5V时，使TL431内的误差放大器的输出电压升高，致使片内驱动三极管的输出电压降低，也使输出电压Vo下降，最后Vo趋于稳定。相反的，当输出电压下降并引起设置电压下降时，一旦输出电压低于设置电压，则误差放大器的输出电压下降，片内的驱动三极管的输出电压升高，最终使得控制器UC3842的脚1的补偿输入电流随之变化，促使片内对PWM比较器进行调节，改变占空比，达到稳压的目的。R7、R8的阻值是这样计算的：先固定R7的阻值，再计算R8的阻值，即有公式为：

在我们所设计的这一反馈电路中，AD8022电路通过调节误差放大器的增益来改变误差放大器的输出，并以此来改变开关信号的占空比。这种拓扑结构不仅具有外接元器件较少的特点，而且在电压采样电路中采用了三端可调稳压管，使得输出电压在负载发生较大的变化时，输出电压基本上没有变化。

整流滤波电路设计

在这一LED开关电源方案中，输出整流滤波电路设计的合理与否将直接影响到电压波纹的大小，影响输出电压的性能。在本方案中，我们在电源输入端加电容C5，以滤除输入电源的噪声干扰。对于高频噪声，我们所提出的解决方案是在输出端采用π型滤波的方式。滤波电感采用150μH的电感，通过以上合理设置能够有效滤除高频噪声。同时，在本方案中我们还选择采用快速恢复二极管D6、D7整流。基于低压、功耗低、大电流的特点，有利于提高电源的效率，其反向恢复时间短，有利于减少高频噪声。

并联整流二极管设计

在本方案的整流电路系统设计过程中，我们同样需要解决二极管尖峰电压的问题。在本方案中，我们提出了一种新的解决办法，即整流二极管并联，其具体的电路图如图2所示。这种方法在大功率全桥移相DC/DC电源变换器的项目中得到了应用，实验波形验证了该方法，验证了该方法的有效性。

以上就是本文所分享的一种LED开关电源的电路设计方案，虽然LED在生活中处处可见，但是LED也还有一些不足需要我们的设计人员拥有更加专业的知识储备，这样才能设计出更加符合生活所需的产品。