同樣亮度下LED 光源耗電量僅為普通白熾燈的十分之一,，而壽命卻可以延長100 倍,。但其壽命很大程度上決定于驅(qū)動電源,，因此一種可靠的、轉(zhuǎn)換效率高的,、壽命長的LED 驅(qū)動電源對于LED 光源至關(guān)重要,。
本文設(shè)計了一種LED 光源驅(qū)動電路,，介紹了設(shè)計原理和方法，采用電壓和電流雙環(huán)反饋,，能夠輸出恒定的電壓和電流,，并且具有開環(huán)保護(hù)負(fù)載的功能，能有效提高LED 光源的使用壽命,。
1 TNY279 芯片介紹
本設(shè)計采用TNY279 電源芯片作為開關(guān)電源的控制芯片,，TNY279 電源芯片在一個器件上集成了一個700V 高壓MOSFET 開關(guān)和一個電源控制器，與普通的PWM 控制器不同,，它使用簡單的開/關(guān)控制方式來穩(wěn)定輸出電壓,。控制器包括一個振蕩器,、使能電路,、限流狀態(tài)調(diào)節(jié)器、5.8V 穩(wěn)壓器,、欠電壓即過電壓電路,、限流選擇電路、過熱保護(hù),、電流限流保護(hù),、前沿消隱電路。該芯片具有自動重啟,、自動調(diào)整開關(guān)周期導(dǎo)通時間及頻率抖動等功能,。
2 電路的工作原理分析
電源的核心部分采用反激式變換器，結(jié)構(gòu)簡單,，易于實現(xiàn),。整體設(shè)計電路圖如圖1。
2.1 輸入整流濾波電路
考慮到成本,、體積等因素,，改善諧波采用無源功率因數(shù)校正電路，主要是通過改善輸入整流濾波電容的導(dǎo)通角方式來實現(xiàn),。具體方法是在交流進(jìn)線端和整流橋之間串聯(lián)電感,，如圖1 所示C1、C2,、L1,、L2 組成一個π 型電磁干擾濾波器，并使用填谷電路填平電路,，減小總諧波失真,。填谷電路由D1、D2,、,、D3,、C3、C4,、R3 組成,，限制50Hz 交流電流的3 次諧波和5 次諧波。
圖1 電源整體設(shè)計電路
經(jīng)整流及濾波的直流輸入電壓被加到T1 的初級繞組上,。U1(TNY279)中集成的MOSFET 驅(qū)動變壓器初級的另一側(cè),。二極管D4、C5,、R6 組成鉗位電路,，將漏極的漏感關(guān)斷電壓尖峰控制在安全值范圍以內(nèi),。齊納二極管箝位及并聯(lián)RC 的結(jié)合使用不但優(yōu)化了EMI,，而且更有效率。
2.2 高頻變壓器設(shè)計
TNY279 完全可以自供電的,，但是使用偏置繞組,，可以實現(xiàn)輸出過壓保護(hù)，在反饋出現(xiàn)開環(huán)故障時能夠保護(hù)負(fù)載,，有效地減少對LED 光源的產(chǎn)生的損害,，在本設(shè)計中采用偏置繞組，如圖1,，同時可由更低的偏置電壓向芯片供電,，抑制了內(nèi)部高壓電流源供電，在空載時功耗可降低到40MW 以下,。Y 電容可降低電磁干擾,。
2.3 反饋電路設(shè)計
次級采用恒流恒壓雙環(huán)控制。NCS1002 是一款恒流恒壓次級端控制器,。如圖2 所示,，它的內(nèi)部集成了一個2.5V 的基準(zhǔn)和兩個高精度的運(yùn)放。
電壓基準(zhǔn)和運(yùn)放1 是電壓控制環(huán)路的核心,。運(yùn)放2 則是一個獨(dú)立運(yùn)放,，用于電流控制。在本設(shè)計中,，電壓控制環(huán)路用于保證輸出電壓的穩(wěn)定,，電流反饋控制環(huán)路檢測LED 平均電流，即電路中R17 上的電流,，將其轉(zhuǎn)換成電壓和2.5V基準(zhǔn)比較,，并將誤差反饋到TNY279 中來調(diào)整導(dǎo)通。
圖2 NCS1002 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)
具體的工作原理是：NCS1002 調(diào)節(jié)輸出的電壓值,，當(dāng)輸出電壓超過設(shè)定電壓值時,，電流流向光耦LED,，從而下拉光耦中晶體管的電流。當(dāng)電流超過TNY279 的使能引腳的閾值電流時,，將抑制下一個周期,，當(dāng)下降的電壓小于反饋閾值時，會使能一個開關(guān)周期,，通過調(diào)節(jié)使能周期的數(shù)量,，對輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，同樣,，當(dāng)通過檢測到R16上的電流即輸出電流大于設(shè)定的值時,，電流通過另一個二極管下拉光耦LED 中晶體管的電流，達(dá)到抑制TNY279 的下一個周期的目的,，當(dāng)輸出電流小于設(shè)定電流時會使能一個開關(guān)周期,，通過這樣的反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，能使得輸出的電壓和電流都處于穩(wěn)定的狀態(tài),。
當(dāng)反饋電路出現(xiàn)故障時,，即在開環(huán)故障時，偏置電壓超過D9 與旁路/多功能引腳電壓時,，電流流向BP/M 引腳,。當(dāng)此電流超過ISD(關(guān)斷電流)時TNY279 的內(nèi)部鎖存關(guān)斷電路將被激活，從而保護(hù)負(fù)載,。由于使用了偏置繞組將電流送入BP/M引腳,，抑制了內(nèi)部高電壓電流源，這樣的連接方式將265VAC 輸入時的空載功耗降低到40MW有效的降低功耗,。
3 電路的參數(shù)
3.1 輸入輸出參數(shù)
輸入電壓(AC)： 85～265 V
頻率：50Hz
輸出電壓： 12V
輸出電流：1.67A
輸出功率：20W
3.2 變壓器參數(shù)計算
在最低電網(wǎng)電壓為85V 時,，最小的直流輸入電壓V MIN ，可通過下式計算：
式中,，ACMIN ,PK V 是最小輸入電壓的峰值,，W IN 是電容的放電能量，其中：
放電能量IN W 等于需要的峰值輸出功率OPK P 和放電時間/ 2tLT的乘積：
式中,， c t 為整流二極管的導(dǎo)通時間,，假設(shè)為3 ms，L T 為20 ms,，η 為轉(zhuǎn)換效率,。計算得IN V 大約為88 V。在設(shè)計變壓器時,，考慮到開關(guān)電源在整個范圍內(nèi)其磁通是不連續(xù)的,。在最小輸入電壓時的最大占空比為 DMAX = 0.5。
初級感應(yīng)電動勢R V 是通過初級線圈的次級電壓的感應(yīng)值,，可以由下式計算：
VDS可以忽略,，則VR=88V,。
初級電流的最大峰值PKMAX I 和最大輸出功率POMAX 成正比：
可計算得IPKMAX =1.16A。
初級電感L1的計算,。初級電感可以由回掃變壓器的能量方程確定：
開關(guān)頻率大約132 kHz,，所以計算得L1 = 891μH。
在不連續(xù)模式下,，磁芯最大磁通密度通常受磁芯損耗的限制,，為了使磁芯損耗保持在可接受的范圍內(nèi)，對于本設(shè)計采用EF25 的磁芯,，選擇BMAX= 0.4 特斯拉來計算初級線圈的匝數(shù)N1,。
式中， MIN A 是磁芯的最小橫截面積,。對于EF25,，AMIN = 52.5 mm2，N1 = 85,。
同樣根據(jù)設(shè)計要求計算得：
次級N2 = 8,，采用兩個并聯(lián)繞組;偏置繞組N3 = 9,，采用兩個并聯(lián)繞組,。
3.3 變壓器的繞制
如圖3 所示是變壓的初級、次級和偏置繞組的繞制示意圖,。
初級繞組以引腳2 作為起始引腳，繞85 圈(x1 線),，在2 層中從左向右,。 在第1 層結(jié)束時，繼續(xù)從右向左繞下一層,。在最后一層上,，使繞組均勻分布在整個骨架上。 以引腳1 作為結(jié)束引腳,，添加1 層膠帶以進(jìn)行絕緣,。
偏置繞組以引腳4 作為起始引腳，繞9 圈(x 2線),。沿與初級繞組相同的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行繞制,。使繞組均勻分布在整個骨架上。 以引腳3 作為結(jié)束引腳,，添加3 層膠帶以進(jìn)行絕緣,。
次級繞組以引腳7 作為起始引腳，繞8 圈(x 2線),。 使繞組均勻分布在整個骨架上,。沿與初級繞組相同的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行繞制,。以引腳6 作為結(jié)束引腳，添加2 層膠帶以進(jìn)行絕緣,。
4 結(jié)論
基于TNY279 的大功率LED驅(qū)動電源電路反饋環(huán)節(jié)采用恒壓恒流雙環(huán)的設(shè)計,，保證輸出電壓和輸出電流的恒定，同時在開環(huán)故障下能夠自動關(guān)閉,，保護(hù)負(fù)載,，有效的減少了對LED 光源的損害，提高LED 的使用壽命,。同時轉(zhuǎn)換效率也在83%以上,，并滿足國際標(biāo)準(zhǔn)中對諧波含量的要求。經(jīng)驗證電路能夠輸出預(yù)期的效果,。