一種反激式恒流LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)詳解-KIA MOS管

LED 的穩(wěn)定和高效率工作依賴于其驅(qū)動(dòng)電源的驅(qū)動(dòng)方式及效率。LED 的驅(qū)動(dòng)方式主要有恒壓式和恒流式 2 種，其中恒流式能夠較為精確的控制LED 亮度，對(duì) LED 的串接個(gè)數(shù)要求較低，并且能夠讓 LED 更加安全的工作，因而恒流驅(qū)動(dòng)是當(dāng)前流行的驅(qū)動(dòng)方式。

在現(xiàn)代生活中，節(jié)能和環(huán)保日益受到重視，LED照明因其高效節(jié)能的特性而廣泛被采用。LED燈具的使用壽命不僅取決于其自身的質(zhì)量，還與其電源驅(qū)動(dòng)的性能密切相關(guān)。一個(gè)穩(wěn)定可靠的LED驅(qū)動(dòng)電源對(duì)于延長(zhǎng)LED的使用壽命至關(guān)重要。為更好地服務(wù)客戶，促進(jìn)行業(yè)的共同進(jìn)步，金鑒實(shí)驗(yàn)室推出專業(yè)的“LED驅(qū)動(dòng)電源失效分析”業(yè)務(wù)，給客戶方便準(zhǔn)確的測(cè)試服務(wù)。

另外在 100 W 以下的開關(guān)電源中，反激式開關(guān)電源所需元件數(shù)量最少，電路簡(jiǎn)單，成本較低，因而在這一級(jí)別的電源中，常常采用反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

反激式開關(guān)電源工作原理

反激式開關(guān)在 100 W 以下的開關(guān)電源領(lǐng)域占有較大的市場(chǎng)份額，其電路原理示意圖如圖 1 所示。

反激式開關(guān)的主要由整流電路，濾波電路，變壓器及原邊吸收電路，主開關(guān)及其驅(qū)動(dòng)電路，輸出整流濾波電路，電壓或電流反饋回路等組成。

反激式開關(guān)電源的工作模式迥異于其他開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在主開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，變壓器原邊電流增加，此時(shí)副邊并不輸出能量，變壓器存儲(chǔ)能量;而當(dāng)主開關(guān)截止時(shí)，原邊截止，變壓器存儲(chǔ)的能量通過副邊釋放到負(fù)載上。輸出電壓或電流的調(diào)整通過反饋回路調(diào)整主開關(guān)的占空比實(shí)現(xiàn)。

反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)中，變壓器和反饋回路的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵所在，關(guān)系到開關(guān)電源的效率和輸出穩(wěn)定性。

基于 TOPSwitch- Ⅱ的反激式恒流開關(guān)電源設(shè)計(jì)

TOPSwitch- Ⅱ離線單片式開關(guān)電源芯片

TOPSwitch- Ⅱ系列離線單片式開關(guān)電源芯片是美國(guó) Power Integration 公司生產(chǎn)的開關(guān)電源專用芯片，其集成了振蕩器、PWM 比較器、邏輯電路、高壓MOSFET 功率管及保護(hù)電路。

TOPSwitch- Ⅱ芯片內(nèi)部功能模塊見圖 2。

TOPSwitch- Ⅱ芯片有 3 個(gè)管腳，其中，漏極連接內(nèi)部 MOSFET 的漏極，在啟動(dòng)時(shí)，通過內(nèi)部高壓開關(guān)電 流 源 提 供 內(nèi) 部 偏 置 電 流;

源 極 連 接 內(nèi) 部MOSFET 的源極，是初級(jí)電路的公共點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn);控制極是誤差放大電路和反饋電流的輸入端，在正常工作時(shí)，由內(nèi)部并聯(lián)調(diào)整器提供內(nèi)部偏流，系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，可激發(fā)輸入電流，同時(shí)也是提供旁路、自動(dòng)重啟和補(bǔ)償功能的電容連接點(diǎn)。

TOPSwitch- Ⅱ的反激式恒流開關(guān)電源原理

鑒于 TOPSwitch- Ⅱ系列芯片具有集成度高、功能完備、電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，本文根據(jù)輸出功率和輸入電源情況選用 TOP222 作為主控芯片，并采用恒流式反饋電路，設(shè)計(jì)了一種輸出電流為 1 A，額定功率為 10W 的反激式恒流電源。

該電源的原理圖見圖3。

該反激式恒流式開關(guān)電源由整流濾波電路，變壓器及原邊吸收電路，主控芯片及輔助電路，恒流輸出電路，恒流反饋電路等組成。

整流濾波電路由共模電感 L1 ，整流橋 BR1 和電容 C1 、C2 組成，其中 C1和 L1 主要過濾來自電網(wǎng)的共模干擾，市電經(jīng) BR 1 整流后形成 310 V 左右的直流，C2 為后級(jí)電路存儲(chǔ)能量。

變壓器是反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)之一，其設(shè)計(jì)的好壞關(guān)系到開關(guān)電源的工作效率和穩(wěn)定性。

瞬態(tài)抑制二極管 VR1和快恢復(fù)二極管 D1 組成變壓器 T1 原邊的吸收電路，在主開關(guān) U1 截止時(shí)能夠把變壓器原邊線圈兩端的電壓箝位到 200 V 左右的一個(gè)固定值，這個(gè)固定值加上 C2 兩端的電壓即為施加在 U1 漏極與源極間的電壓，防止 U 1 漏極與源極電壓過高而擊穿。

主控芯片為 TOP222，采用 TO220 封裝，共3 根引腳，分別為控制極、漏極和源極。其所需外圍芯片極為簡(jiǎn)單，在控制極需要連接一個(gè)電容 C4 為控制極提供偏置電壓，并為芯片內(nèi)部的控制和驅(qū)動(dòng)電路供電。

恒流輸出電路較為簡(jiǎn)單，快恢復(fù)二極管 D3 保證在 U1 導(dǎo)通時(shí)變壓器 T1副邊繞組電流為零，變壓器存儲(chǔ)能量，U1 截止時(shí) D3 導(dǎo)通，變壓器能量通過 C6、L2、C8 濾波后輸出。

恒流反饋電路把輸出電路的電流以電壓的形式負(fù)反饋到 U1 的控制極，U1 通過調(diào)整開關(guān)工作的占空比改變輸出回路的輸出電壓從而保證輸出電流恒定。且反饋回路與前級(jí)電路通過光耦隔離。