LED 驅(qū)動電源設(shè)計

開關(guān)電源具有效率高的特性,而且開關(guān)電源的變壓器體積比串聯(lián)穩(wěn)壓型電源的要小得多,電源電路比較整潔,整機重量也有所下降,所以,現(xiàn)在的LED驅(qū)動電源

大都使用開關(guān)電源。電源電路正常是LED驅(qū)動電源正常工作的基本保障。

1.開關(guān)電源的基本工作原理

開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖如圖1。由對輸出電壓“取樣”,并對基準(zhǔn)源進行“比較”后控制“調(diào)整管”或“開關(guān)管”,此時開關(guān)電源的“開關(guān)管”相當(dāng)于一個開關(guān),開通時間由比較結(jié)果而定;當(dāng)開關(guān)電源輸出的電壓太低時,通過“比較放大”控制“開關(guān)時間控制電路”使“開關(guān)管”開通時間變長,從而使輸出的電壓提升。

LED驅(qū)動電源的核心部分是“開關(guān)管”和“變換器”組成的開關(guān)式直流-直流變換器。它把直流電壓Ui(一般由輸入市電經(jīng)整流、濾波后獲得)經(jīng)開關(guān)管后變?yōu)橛幸欢ㄕ伎毡鹊拿}沖電壓Ua,然后經(jīng)整流濾波后得到輸出的電壓Uo。

圖2所示是電源電路的實物圖。圖中右上角輸入220V交流市電,先經(jīng)電源濾波電路后用右下角的二極管進行整流,再經(jīng)大電容濾波后輸出直流。由于是對220V交流信號進行整流濾波,所以二極管的耐壓值要高,而電容的容量也要大,所以實物圖中右下角的電容體積很大。整流濾波后得到的直流信號再經(jīng)右邊居中的開關(guān)電源IC轉(zhuǎn)換成高頻的交流信號,再經(jīng)變壓器耦合輸出各路低電壓的交流信號。由于變壓器是工作在高頻狀態(tài),所以其體積較小。耦合輸出的各組交流信號經(jīng)左邊的二極管整流、電容濾波和三極管穩(wěn)壓或三端穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓后輸出各部分電路工作所需的直流電壓。此電路由于采用了變壓器并聯(lián)耦合,而且比較放大電路反饋回脈沖調(diào)寬電路是利用光耦器件,即用光信號來傳遞信息,輸入端與輸出之間實現(xiàn)絕緣,是冷底盤機,其防觸電的警告標(biāo)志僅在電路板的右邊。光耦跨接在有警告標(biāo)志和無警告標(biāo)志部分,起到傳遞信號而又能隔離前后級地線的作用。這種機型在維修主電路板時,由于主電路板與大地不相連,通常比較安全。但在測量后級電壓時,不能使用前級的地線,否則所測電壓將全部為0V。

圖3所示是電源電路原理圖。電源IC為專用開關(guān)電源集成電路VIPER22A,圖4是其外引腳圖,圖中,第1、2腳SOURCE是內(nèi)部場效應(yīng)管源極的表示,在使用中通常接地,3腳FB是取樣電壓輸入端,4腳VDD是供電電壓端,第5、6、7、8腳的DRAIN表示接通內(nèi)部場效應(yīng)管的柵極。圖5是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

220V的交流電源經(jīng)開關(guān)輸入后,經(jīng)四個二極管構(gòu)成的橋式整流電路整流、C1濾波后輸出一個300V左右的直流信號。由于VIPER22A處于工作狀態(tài),在其內(nèi)部場效應(yīng)管截止時,會在變壓器初級(L左1)兩端產(chǎn)生大于300V的電壓,利用R1、C2和D5構(gòu)成防沖激電路,使其電壓有一個釋放回路,以免激穿VIPER22A內(nèi)部場效應(yīng)管。[!--empirenews.page--]

從圖5所示VIPER22A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可知,它與其它開關(guān)電源存在一些不同。開機后,300V的直流電壓從DRAIN(漏極)腳進入集成電路,經(jīng)整流和穩(wěn)壓后供給開關(guān)電源IC工作,從而使這個電路工作時不需要外接啟動電阻。即使Vdd供電電路不正常,電源電路的振蕩電路仍能起振,而且電路有輸出電壓。用這種專用電源IC的LED驅(qū)動電源電源有故障時,故障現(xiàn)象和其他開關(guān)電源的故障有所不同,其他開關(guān)電源通常無Vdd時,電源電路中的振蕩電路不起振,會出現(xiàn)無輸出的故障現(xiàn)象。

電路工作正常時,開機后,在Vdd正常前,由芯片內(nèi)部自身供電,經(jīng)過很短時間后,Vdd供電電源正常,此時,利用門電路控制開關(guān)電路(ON/OFF)斷開從柵極輸入的供電回路。VIPER22A有過熱、過壓保護功能。Vdd從4腳輸入后,首先送入比較器,一旦輸入Vdd大于42V,則觸發(fā)器(FF1)輸出一個置位信號1使控制振蕩電路工作的觸發(fā)器(FF2)輸出為0,鎖住U2,振蕩信號無法輸出,即開關(guān)管不工作。當(dāng)輸入電壓小于14.5V時,U3也將輸出一個復(fù)位脈沖,使開關(guān)管不工作。當(dāng)電路過熱時,R1為1,將FF2置0,開關(guān)管不工作。當(dāng)供電電壓Vdd在正常范圍時,FB所得的取樣電壓與基準(zhǔn)電壓0.23V相比較,用其比較結(jié)果去控制FF2的轉(zhuǎn)換頻率,從而控制開關(guān)管的狀態(tài)轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)控制輸出電壓,達到穩(wěn)壓的功能。該集成電路芯片內(nèi)部包含60kHz的振蕩電路,其外圍電路相當(dāng)簡單。

下面,為分析方便,把電源變壓器左邊的兩組線圈從上到下定義為L左1、L左2。右邊的線圈從上到下定義為L右1、L右2、L右3。

圖3中,L左2互感產(chǎn)生的交流脈沖電壓經(jīng)D6整流、R2限流和C3和C6濾波后作為開關(guān)芯片的供電電壓。由于VIPER22A的特殊結(jié)構(gòu),如無Vdd時可實現(xiàn)內(nèi)部供電,所以R2即使擊穿開路,仍有電壓輸出,但不正常。

同時,Vdd也為取樣回路中的光耦的接收部分供電。L右3感應(yīng)到的脈沖電壓經(jīng)D8整流,電感L6、電容C12、C13、C14濾波后,輸出+5V。+5V電壓同時經(jīng)穩(wěn)壓管Z2后給光耦電路發(fā)射部分供電,通過光耦的接收部分接收到的光作為取樣信號,從VIPER22的3腳FB輸入到芯片,從而去控制開關(guān)管的開關(guān)頻率,控制電源電壓的穩(wěn)定,起到穩(wěn)壓的作用。該種電源電路由于前后級是通過光耦進行互相控制,前后級不共地,稱為冷底盤機,這種機器由于后級主電路板與市電不相連,維修時比較安全。維修時測量后級的電壓,一定不能用前級的接地點,否則所測電壓始終為0V。

同時,變壓器電感線圈L右3另一端經(jīng)D7整流C10濾波后輸出+12V。

變壓器電感線圈L右2上端經(jīng)D10整流、C15濾波后輸出-21V

變壓器電感線圈L右1輸出的脈沖電壓經(jīng)D11整流、C16濾波后分別輸出FP+和FP-電壓。