基于TOPSwitch-JX LED恒流驅(qū)動器的設(shè)計

摘要：文中以設(shè)計一種精密高效的LED恒流驅(qū)動電源為目的，采用TOPSwitch_JX系列智能集成芯片實現(xiàn)了一款恒流驅(qū)動器，經(jīng)過實際性能測試，得到了穩(wěn)定的輸出電流，達(dá)到LED恒流驅(qū)動的要求。
關(guān)鍵字：LED；TOPSwitch-JX；MOSFET

    在全球能源短缺、環(huán)境污染日益嚴(yán)重的情況下，LED作為新型高效固態(tài)光源，具有壽命長、節(jié)能、安全、綠色環(huán)保、色彩豐富、微型化等顯著特點，必將成為照明的主流產(chǎn)品，因此LED橫流驅(qū)動器的設(shè)計便引起廣泛關(guān)注。

1 LED恒流驅(qū)動器設(shè)計方案
1．1 LED恒流驅(qū)動器設(shè)計理念
    電路框架結(jié)構(gòu)簡單，低成本，PFC值高，芯片功耗小于20mW，恒流精度高。
1．2 LED恒流驅(qū)動器設(shè)計思想
1．2．1 LED恒流驅(qū)動器系統(tǒng)框架圖
    LED恒流驅(qū)動器的基本組成框架圖如圖1所示。交流輸入通過保護電路和橋式整流濾波后得到脈動直流，脈動直流經(jīng)MOSFET的通斷后變成頻率較高的交流信號，再通過隔離變壓器經(jīng)處理后得到直流信號，此直流信號經(jīng)過反饋網(wǎng)絡(luò)后并反饋給開關(guān)電源芯片，芯片通過增大或減小占空比(PWM)對電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而達(dá)到恒流的目的。

1．3 TOPSwitch-JX引腳
    漏極D引腳：高壓MOSFET的漏極輸出端。通過該腳給內(nèi)部啟動電路提供高壓直流電流源，內(nèi)部電流線流信號通過該端取出。

    控制C引腳：誤差放大器和反饋電流輸入端。電路通過調(diào)節(jié)占空比的大小來調(diào)節(jié)輸出狀態(tài)；內(nèi)部關(guān)閉調(diào)節(jié)端，自動復(fù)位模式通過外部旁路電容來實現(xiàn)該功能。
    外部電流限制X引腳：外部電流輸入調(diào)整端。可實現(xiàn)ON／OFF控制與同步功能，如該引腳與S引腳連接則將喪失上述功能。
    電壓控制V引腳：此引腳為欠壓過壓保護所設(shè)計，如該引腳與S引腳連接則將喪失上述功能。
    頻率F引腳：內(nèi)部工作頻率選擇端。若連接到S引腳，則芯片工作在132kHz，若連接到C引腳，則芯片工作在66kHz，但絕不能懸空。
    源極S引腳：內(nèi)部高壓MOSFET源極端。該腳直接與功率地連接，則為一次控制電路基準(zhǔn)端。

2 LED恒流驅(qū)動器設(shè)計
2．1 LED恒流驅(qū)動器設(shè)計指標(biāo)
    設(shè)計指標(biāo)：①輸出功率：20W；②輸入電壓：90-265 VAC(50Hz)；③輸出電壓：36V；④輸出電流：560mA；⑤工作頻率：66kHz。
2．2 LED恒流驅(qū)動器設(shè)計及參數(shù)計算
2．2．1輸入輸出參數(shù)計算
    根據(jù)設(shè)計的要求，考慮到電路損耗，功率輸出為Pout，輸入功率如式(1)所示
   
2．2．2 交流輸入EMI濾波設(shè)計
    如圖3所示：交流輸入EMI濾波設(shè)計圖，工頻交流經(jīng)過EMI濾波電路濾除電磁干擾后進(jìn)行橋式整流，得到脈動直流，C2A為較大容量電解電容，耐壓值工程上選取大于1．5Uin，Uin與Udc的關(guān)系可用式(3)表示
   

2．2．2 欠壓過壓保護設(shè)計
    如圖4所示為欠壓過壓保護設(shè)計圖，電阻R3，R4是設(shè)置欠壓和過壓門限的電阻，其欠壓過壓門限計算如式(4)所示
   

    其阻值可在4～10．2MΩ之間調(diào)節(jié)，這兩個電阻可以把芯片損耗控制在26～10mW之間。
2．2．3 鉗位保護設(shè)計
    如圖5所示為鉗位保護設(shè)計圖：鉗位電路的作用是吸收MOSFET開關(guān)瞬間產(chǎn)生的尖峰電壓，當(dāng)場效應(yīng)晶體管關(guān)斷時，由于變壓器漏感的作用，漏極上會產(chǎn)生很高的電壓尖峰。如果不采取措施，將導(dǎo)致場效應(yīng)晶體管被擊穿，并造成芯片的損壞。

2．2．4 反饋部分設(shè)計
    如圖6所示為反饋電路設(shè)計圖，R17與R18構(gòu)成分壓電路，使R18的電壓為2．5V(U2一般選取TL341精密穩(wěn)壓器)，為U2提供基準(zhǔn)電壓，確定R17與R18阻值計算公如式(5)所示
   

    當(dāng)輸出增大時，R18的電壓就會大于2．5V，光耦的電流就會增大，此時電源芯片就會減小占空比，反之，當(dāng)輸出減小時，電源芯片就會增大占空比，從而達(dá)到恒流的目的。C22為濾波電容，C16和R19起補償作用，U3為線性光耦(可以采用PC817)，R16為限流電阻，Q2的作用是為了減小二次側(cè)回路的損耗。
2．2．5 輸出濾波設(shè)計
    如圖7所示為輸出濾波設(shè)計圖，D5半波整流，C12，R15，慮除高頻毛刺，C13，C14為比較大容量的電解電容，用于平滑濾波，C21用于慮除高頻波。

3 性能測試及結(jié)果分析
    如表1所示為測試數(shù)據(jù)，從以上數(shù)據(jù)可以得知輸出電流的最大波動率為(0．560-0．557)／0．560x1000‰=5‰，電流穩(wěn)定度較高，輸出電壓較平穩(wěn)。

4 結(jié)束語
    本文根據(jù)LED驅(qū)動器性能要求，給出了一種設(shè)計方案，提高了芯片效率，簡化電路結(jié)構(gòu)，增強熱關(guān)閉保護的靈敏度。同時電路中含有軟啟動、欠壓保護、過壓保護、熱關(guān)閉等保護，從而實現(xiàn)了電路高效、安全、高可靠性、精密度高的特性，因而在LED恒流驅(qū)動方面具有廣泛的應(yīng)用前景。