【導(dǎo)讀】本文針對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電路中存在的電解電容縮減壽命的不足之處。提出一款無需電解電容的LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方案。本次設(shè)計(jì)采用MIP553內(nèi)置PFC可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)電路的芯片，與外部非隔離底邊斬波電路合成作為基本的電路結(jié)構(gòu)，輸出穩(wěn)定的電流用以滿足LED工作的需要。
LED(發(fā)光二極管)以其節(jié)能、環(huán)保、高亮度、長(zhǎng)壽命等諸多優(yōu)點(diǎn)成為新一代的綠色照明光源。隨著LED照明技術(shù)的日漸成熟，它終將用于生活的各個(gè)方面，并成為照明光源的新寵。然而，高效率、低成本、高功率因數(shù)和長(zhǎng)壽命的驅(qū)動(dòng)電源是LED燈發(fā)光品質(zhì)和整體性能的關(guān)鍵。
現(xiàn)在市面上替代一般燈泡的LED燈是白熾燈泡壽命的約40倍，相當(dāng)于4萬小時(shí)。由于LED是直流電流驅(qū)動(dòng)零件，通過流過的電流，直接將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽埽虼艘卜Q為光電轉(zhuǎn)換器。因?yàn)椴淮嬖谀Σ?、機(jī)械損耗，所以在節(jié)能方面比一般的光源的效率高。但是，當(dāng)AC電源接通時(shí)，一般是使用整流零件和平滑回路的直流穩(wěn)定化電源，該平滑回路中必要的電解電容會(huì)因周圍的溫度及自身的發(fā)熱而上升10℃，而導(dǎo)致壽命減半所以電解電容阻礙了LED照明器具的壽命。
為了提高驅(qū)動(dòng)電源的壽命、簡(jiǎn)化電路、降低成本以及提高功率密度，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。
一、LED電源的基本工作原理
采用BUCK變換器、IPD控制實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源，輸出恒定的電流和電壓，驅(qū)動(dòng)LED燈。電路的總體框圖如圖1所示。
二、LED電源的具體設(shè)計(jì)
2.1 輸入電路的設(shè)計(jì)
為了延長(zhǎng)LED驅(qū)動(dòng)電源的使用壽命，使之與LED相匹配，必須要去除電路中的電解電容。
電路的設(shè)計(jì)指標(biāo)為：輸入交流電壓Vm：198—264VAC/50Hz；輸出電壓Vo：27VDC；輸出電流Io：0.35A。
輸入電路包括噪聲濾波裝置、安全保險(xiǎn)裝置以及輸入整流裝置，如圖2所示。
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2.2 輸出電路的設(shè)計(jì)
輸出電路由基本的BUCK電路和一個(gè)穩(wěn)壓二極管DD1組成。如圖3所示。
Buck變換器又稱為降壓變換器、串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓器、三端開關(guān)型降壓穩(wěn)壓器，是一種輸出電壓等于或小于輸入電壓的單管非隔離DC/DC變換器。
工作中的輸入電流is，在開關(guān)閉合時(shí)，is>0；在開關(guān)打開時(shí)，is=0，故is是脈動(dòng)的，但輸出電流io在電感、二極管、電容的作用下卻是連續(xù)的、平穩(wěn)的。特別適合為L(zhǎng)ED提供工作電流。
FRD1的選擇標(biāo)準(zhǔn)：額定電流大于2倍的輸出電流，額定電壓大于輸入電壓，其反向恢復(fù)時(shí)間也要在100ns以內(nèi)，考慮裕量，F(xiàn)RD1的參數(shù)為：15A，600V，trr=50ns。用類似的方法選擇T1和Cout，那么其參數(shù)分別為：T1：680μH；Cout：1μF，50V。
2.2.2 穩(wěn)壓二極管DD1
在低輸入電壓的某范圍內(nèi)，若沒有像DD1的這種反向裝置，那么在開關(guān)關(guān)斷的瞬間將會(huì)有反向電流流過IPD，而IPD是不允許有這種電流的，因?yàn)檫@種反向電流將會(huì)導(dǎo)致IPD的損壞。
DD1所受到的各應(yīng)力：IDD>2·Io=2×0.35=0.7A，UDD>Uo，反向恢復(fù)時(shí)間trr<100ns。考慮裕量，其選擇的參數(shù)為：3A/60V/75ns。
2.2.3 保護(hù)電路
MIP553內(nèi)置過壓、過流、過熱、LED短路的保護(hù)電路，但并無LED開路時(shí)保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。LED開路時(shí)的保護(hù)電路的思想主要有穩(wěn)壓二極管保護(hù)、三極管保護(hù)、偏壓線圈保護(hù)等，考慮到成本和結(jié)構(gòu)，文中選擇具有穩(wěn)壓二極管的保護(hù)電路。其電路圖如圖3所示。當(dāng)LED開路時(shí)，輸出電壓上升，若輸出電路有穩(wěn)壓二極管的保護(hù)電路，那么穩(wěn)壓二極管將LED的電壓嵌位在二極管的壓降之下，這樣就能防止輸出電容的毀壞。
2.3 控制電路的設(shè)計(jì)
控制電路由MIP553及其外圍電路組成，如圖4所示。
MIP553的漏極電流由引腳CL和EX控制，因此連接這兩個(gè)引腳的電阻RCL、REX的設(shè)置將直接影響漏極電流的大小。最大漏極電流可由REX來確定，考慮到這個(gè)最大漏極電流要流經(jīng)LED，因此設(shè)置參考值時(shí)應(yīng)該注意。
REX=(VDD(ON)-VEXH)/IEX=(6.5-2.8)/103=36kΩ (3)
其中，假設(shè)輸入電壓100V，輸出電壓28V，電流：400mA，最大漏極電流設(shè)為1.0A。
CVDD、CEX、CCL的作用是穩(wěn)定MIP553的運(yùn)行、抑制外部噪聲。因此，其值要選擇得當(dāng)。CVDD，穩(wěn)定VDD的電壓、抑制LED的閃爍，特性不受溫度影響、不產(chǎn)生額外的噪聲，參考標(biāo)準(zhǔn)值為1～10μF之間；CEX，抑制外部噪聲進(jìn)入EX引腳，其參考標(biāo)準(zhǔn)值在470～1000pF之間；CCL，抑制外部噪聲進(jìn)入CL引腳，如果其值太大的話，那么pF值將會(huì)受到嚴(yán)重的影響，因此其值應(yīng)小于1000pF。
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2.4 仿真結(jié)果
利用Multisim對(duì)電路進(jìn)行仿真，得到的結(jié)果如圖5所示。
三、LED電源的挑戰(zhàn)
LED作為新型的電光源，在制作大型發(fā)光立體字和發(fā)光標(biāo)識(shí)中有著明顯的優(yōu)勢(shì)，其控制電壓低，成本低，可靠性高。雖然LED產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)有著愈演愈烈的發(fā)展趨勢(shì)，但是LED照明畢竟是新興的產(chǎn)業(yè)，目前還沒有廣泛的普及，因此LED驅(qū)動(dòng)電源不可避免的在各方面存在著挑戰(zhàn)：首先，由于LED的正向電壓會(huì)隨著電流和溫度而變化，其“色點(diǎn)”也會(huì)隨著電流和溫度而漂移，為了保證LED的正常工作，就要求其驅(qū)動(dòng)器無論在輸入條件和正向電壓如何變化的情況下都要限制電流。其次，如果需要LED調(diào)光，通常采用的是脈寬調(diào)制調(diào)光技術(shù)，典型的PWM頻率是1～3kHz。最后，LED驅(qū)動(dòng)電路的功率處理能力必須充足，且功能強(qiáng)固，可以承受多種故障條件，易于實(shí)現(xiàn)。
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