一種長(zhǎng)壽命LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方案（一）

該方案以延長(zhǎng)電路使用壽命為主題，以開關(guān)電源與線性電源相互結(jié)合為基礎(chǔ)，揚(yáng)長(zhǎng)避短充分利用各自的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)殚_關(guān)電源具有高效率的能量變換的特點(diǎn)而線性電源具有無輸出紋波的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)方案充分利用其各自的優(yōu)勢(shì)來替代電解電容濾波，有效的解決了現(xiàn)有LED驅(qū)動(dòng)電路存在壽命短的問題。這款LED驅(qū)動(dòng)電路無大容量電解電容，小型電容可以采用長(zhǎng)壽命的薄膜電容等容性元件，使其具有壽命長(zhǎng)、效率高、紋波電流小特點(diǎn)，并且具有較高的安全性和穩(wěn)定性。

1.前言

LED(發(fā)光二極管)為新一代的綠色照明光源，具有節(jié)能、環(huán)保、高亮度、長(zhǎng)壽命等諸多優(yōu)點(diǎn)。它不僅是照明光源的新寵，也與人們的生活戚戚相關(guān)。因此，研制長(zhǎng)壽命的驅(qū)動(dòng)電源，構(gòu)建高效率、低成本、高功率因數(shù)和是LED燈發(fā)光品質(zhì)和整體性能的關(guān)鍵，也是LED照明技術(shù)發(fā)展的需要。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有的白熾燈泡壽命比LED燈少約40倍。因?yàn)榘l(fā)光二級(jí)管不僅是直流電流驅(qū)動(dòng)器件，也是光電轉(zhuǎn)換器，有將光電轉(zhuǎn)換的功能。它的作用主要是通過流動(dòng)電流，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?，所以其?yōu)勢(shì)是比一般的光源的節(jié)能效率和工作壽命都要高。但是，在LED驅(qū)動(dòng)電源的整流電路和濾波電路中一般需要使用大容量的電解電容。電解電容器的壽命一般為l05℃/2000h,就是說當(dāng)電容周圍溫度升高到105℃時(shí)其壽命只有84天，即使工作在溫度為85℃的環(huán)境中，使用壽命也僅為332天，所以電解電容是阻礙LED驅(qū)動(dòng)電路壽命的主要原因。為了提高驅(qū)動(dòng)電源的壽命，有必要去掉電解電容，為此文中提出一種無電解電容的高亮度LED驅(qū)動(dòng)電源。

2.LED驅(qū)動(dòng)電路的工作原理

本設(shè)計(jì)方案電路的總體框圖如圖1所示：

電路拓?fù)洳捎梅醇な酵負(fù)潆娐?、利用PWM控制開關(guān)頻率，使其輸出恒定的電流和電壓，驅(qū)動(dòng)LED燈。主要包括：前級(jí)保護(hù)電路、EMI濾波電路、整流電路、RCD鉗位電路、同步整流電路、功率轉(zhuǎn)換電路、輸出濾波電路、反饋電路、控制電路等。

為了使電路受電磁干擾較小，將EMI濾波電路接在前級(jí)保護(hù)電路后，通過它將電路中的高次諧波和電路中的浪涌濾除。

在輸入整流部分上，分別由橋式整流電路及π型濾波電路構(gòu)成，因?yàn)槎O管具有單向?qū)ǖ奶匦裕詷蚴秸麟娐房梢詫⒔涣麟娹D(zhuǎn)換為單向的直流電，而后在π型濾波電路的作用下，輸出穩(wěn)定直流電壓。

再由控制電路調(diào)節(jié)和控制使輸出達(dá)到設(shè)計(jì)值，最后經(jīng)過輸出濾波電路，使輸出波紋減小變成直流電，最后將直流電輸出給LED使用。

3.LED驅(qū)動(dòng)電路的具體設(shè)計(jì)

3.1 輸入電路的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)電路的指標(biāo)為：輸入交流電壓Vin:90-264 VAC/50-60Hz;輸出電壓Vo:27VDC;輸出電流Io:0.68A.

如圖2所示，輸入電路包括安全保險(xiǎn)裝置、EMI噪聲濾波裝置、橋式整流電路和π型濾波電路。

如圖2所示，為了減少在1MHz的頻段內(nèi)的電磁干擾，由電容C1、C2和電感L1、L2組成了EMI噪聲濾波電路。安全保險(xiǎn)裝置由保險(xiǎn)絲和ZNR組成，當(dāng)有危害電路的尖峰電流產(chǎn)生的時(shí)候，保險(xiǎn)絲會(huì)迅速切斷電路以保護(hù)負(fù)載;ZNR是浪涌吸收器，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端出現(xiàn)靜電和浪涌時(shí)它會(huì)變得阻抗很高，因此可以保護(hù)后面的電路。橋式整流濾波電路，它的作用是將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，其后的π型濾波器的作用濾除電路中電壓與電流的波紋。

3.1.1 EMI濾波器的設(shè)計(jì)

EMI濾波電路圖如圖3所示，EMI濾波電路在整流橋前，由差模電容CX1和CX2,主要用于衰減差模干擾，其值一般較大。

為了減少差模干擾，所以在整流橋后添加由C1、C2和L1組成π型差模濾波器。

EMI濾波電路中的差模電容選用X安規(guī)電容，安全等級(jí)為X2,其耐壓值2500V,其中CX1=0.47uF,CX2=0.01uF.共模電感LX1為7mH和LX2為1mH.整流橋后π型濾波電路的C1和C2濾波電容選用耐壓450V的薄膜電容，其電容值為0.22uF;差模電感L1大小為1mH.

從圖4中可以看出，當(dāng)頻率高過1KHZ時(shí)噪聲信號(hào)會(huì)有明顯的下降。可以看出該電路可以有效地降低高頻干擾。

3.1.2 整流橋二極管的選擇

整流橋二極管的電壓應(yīng)力為：

考慮裕量，選用H D 0 6 ( V R = 6 0 0 V,IFAN=0.8A)。

3.2 高頻反激變壓器的設(shè)計(jì)

3.2.1 變壓器的參數(shù)的設(shè)計(jì)

(1)使用90Vac輸入電壓和9串負(fù)載做為最差工作條件來設(shè)計(jì)。

3.2.2 變壓器的仿真

如圖5所示，變壓器工作在DCM條件下原邊與副邊的電路電流波形圖。從圖中可以看出原邊電流Ipm與副邊電流Ism的值總是在從0開始增加，變壓器工作在此狀態(tài)可以保證能量的基本完全傳遞。