基于PL3536的18W LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)

LED驅(qū)動(dòng)電源與普通的線性穩(wěn)壓源相比，它具有體積小、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。LED驅(qū)動(dòng)電源主要有恒壓和恒流兩種工作模式，在LED照明早期，一般都采用工作在恒壓模式的驅(qū)動(dòng)電源，但經(jīng)過長(zhǎng)期的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)其有很多的缺陷。目前大多數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源都工作在恒流工作模式。對(duì)于恒流模式的LED電源，在設(shè)計(jì)方面，我們要求無論環(huán)境如何變化它都能輸出恒定的電流且電流紋波都能在要求的范圍內(nèi)。本文所設(shè)計(jì)的就是一種工作在恒流模式的LED驅(qū)動(dòng)電源。

1 電路原理與分析

本文設(shè)計(jì)的是一種基于PL3536的18 W LED驅(qū)動(dòng)電源，其輸出模式是恒流輸出模式。此設(shè)計(jì)的電路主要分為四個(gè)部分，分別是：交流輸入端整流濾波設(shè)計(jì)、DC/DC變換器設(shè)計(jì)、反饋電路設(shè)計(jì)、輸出濾波電路設(shè)計(jì)。電路原理框圖如圖1所示。

1.1 交流輸入端整流濾波設(shè)計(jì)

交流輸入端整流濾波電路圖如圖2所示。此部分電路主要元器件有熔絲管FUSE，整流二極管D1、D2、D3、D4，電容C1。其中熔絲管是為了防止電源工作電流過大而設(shè)計(jì)的。流過熔絲管的電流計(jì)算公式為：

在此電路中取P0=18 W;η為電源的效率我們?nèi)?3%;umin為交流輸入的最小值，這里取85 V;cosφ為功率因數(shù)，取0.6，代入(1)式得I=0.43 A。又應(yīng)為實(shí)際電流不是正弦電流，而是窄脈沖電流，因此得I0=0.65*I=0.28A。所以在此我們?nèi)∪劢z管的規(guī)格為2 A/250 V，對(duì)于整流二極管我們選用IN4007。對(duì)于輸入濾波電容C1，其估算公式為C=K*P。在本設(shè)計(jì)中因?yàn)檩斎腚妷簽?5 V～265 V，所以K可取2.5μF /W，由此可得C1=2.5*18=45μF，實(shí)際取47μf。而對(duì)于電容兩端電壓最大值Ucmax=1.4*Uimax=1.4*265=371 V。綜上所述，電容C1實(shí)際所取規(guī)格為47 μF/400 V。

1.2 DC/DC變換器設(shè)計(jì)

DC/DC變換器電路圖如圖3所示。該電路圖主元器件有電阻R1、R2、R3、R4、R5;電容C2、C3、C4;二極管D5、D6;高頻變壓器T1;電源芯片PL3536。此部分電路可分為如下幾個(gè)模塊設(shè)計(jì)。

1)鉗位電路

在此電路中對(duì)于由R2、C2及D5構(gòu)成漏極鉗位保護(hù)電路，由于開關(guān)頻率為40 kHz，輸入電壓為85 V～265 V。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可取電阻R2的型號(hào)為150 K/0.5 W，電容C2的型號(hào)為2.2 nF/1 kV，對(duì)于阻塞二極管D5，可取快速恢復(fù)二極管FR107。

2)供電電路

當(dāng)電路剛上電時(shí)，市電通過整流橋后對(duì)電容C3充電，當(dāng)C3上的電壓到達(dá)電源芯片工作電壓后，PL3536開始工作，之后就由輔助繞組對(duì)PL3536提供工作電壓。

通常我們?nèi)?dòng)時(shí)間為0.5 s，儲(chǔ)能電容C3取47 μf。啟動(dòng)電阻的計(jì)算公式為：

R=t/{ln[(V1-V0)/(V1-VT)]*C} (2)

t=0.5 s，V1=264 V，V0=0 V，Vt=14.5 V，C=47 μF代入(2)式得RI=188 k，因此取R1的型號(hào)為200 k/0.5 W。對(duì)于整流二極管我們選擇IN4007。

3)電流檢測(cè)電路

PL3536的CS端接電阻R5到地。PL3536通過檢測(cè)電阻R5兩端的電壓來檢測(cè)原邊電感的電流值。其中電阻R5計(jì)算方法如下：

故R5所取的型號(hào)是0.16Ω/7 W。

4)補(bǔ)償電容

PL3536的comp腳接電容C4到地用于對(duì)誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行相位補(bǔ)償，推薦值為100 nF，此值太大或太小都可能會(huì)造成電路工作不穩(wěn)定。

5)反饋電路

因?yàn)镻L3536的EA基準(zhǔn)電壓為2 V，輔助的電壓最大值為20 V，所以

，取R3=20，則R4=2.22 k，取2.3 k。

6)高頻變壓器

設(shè)Np、Ns及Nb分別為變壓器的原邊、副邊及輔助的繞組匝數(shù)。由于本設(shè)計(jì)的電路為反激式電路，故線圈匝數(shù)比公式為：

上式中VO為輸出電壓，VDF整流二極管的電壓降，TOFF和TON分別為MOS管的關(guān)斷與導(dǎo)通時(shí)間，VIL為最低輸入電壓，Vf為PL3536工作的電源電壓。

因?yàn)槲覀冏儔浩鞔判舅x的材料為PC40，開關(guān)頻率為40 k，占空比為0.4，故每1伏電壓的1次繞組匝數(shù)位0.363，結(jié)合(7)、(8)式可得Ns=79.86，Nb=71.07，Nb=23.95。在此我們選擇Ns=80，Np=71，Nb=24?？紤]到電流的作用，本設(shè)計(jì)在繞制變壓器時(shí)，原邊選用0.28 mm的銅線，副邊選用0.3 mm的銅線，輔助選用0.15 mm的銅線。繞制順序?yàn)橄仍?0圈加兩層絕緣膠帶，再副邊71圈加兩層絕緣膠帶，然后原邊40圈加兩層絕緣膠帶，最后輔助24圈加兩層絕緣膠帶。1. 3 輸出濾波電路設(shè)計(jì)

輸出濾波電容的計(jì)算公式為：

式中△Q為電荷變化量，Upp為輸出電壓紋波峰-峰值。I為輸出電流，t為放電時(shí)間。其中Upp=50 mV，I=300 mA，

代入(9)、(10)式得C=60 μF，最終C6選擇100μF/63 V。此外，為了讓輸出電壓在空載時(shí)能穩(wěn)定輸出一個(gè)電壓，本設(shè)計(jì)為此輸出電路加了一個(gè)輸出負(fù)載，選擇型號(hào)為39 k/0.25 W。

2 PCB設(shè)計(jì)

對(duì)于PCB設(shè)計(jì)主要注意一下幾點(diǎn)。

1)在輸入端的濾波電容到PL3536的地之間的銅箔區(qū)域應(yīng)使用單點(diǎn)接地。

2)由輸入電容C1到變壓器及PL3536之間的環(huán)路面積要盡可能的小。

3)為減少EMI干擾，從RCD鉗位電路到PL3536腳Drain端的路徑要保證最小。

4)為保證電路板有良好的散熱性，應(yīng)在電源芯片的下方進(jìn)行鋪地。

3 電路相關(guān)性能測(cè)試結(jié)果

上圖為輸出電流的波形，此波形的測(cè)量方法如下：首先在輸出端串聯(lián)一個(gè)10 Ω的電阻，然后連接一個(gè)100 Ω的電阻負(fù)載，最后用示波器測(cè)量10 Ω電阻兩端電壓即可。由歐姆定律可知該電壓波形與輸出電流波形等效。

由圖上可以看出，輸出端會(huì)周期性的出現(xiàn)尖峰電流。經(jīng)測(cè)試和分析得出該尖峰電流是因?yàn)檩敵龌芈反嬖诩纳姼?，故濾波電容對(duì)它是無效的。

表1的測(cè)試條件是輸出負(fù)載100，環(huán)境溫度為23。

由表1可知該驅(qū)動(dòng)電源在輸入電壓變化時(shí)，其輸出電流基本穩(wěn)定，電源效率可達(dá)82.0%左右。

4 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)采用PL3536作為控制芯片，可以達(dá)到使用很少的外圍元器件就能達(dá)到恒流的效果，并且由于此電源芯片內(nèi)置了限流保護(hù)、高壓保、護(hù)欠壓保護(hù)等電路，在降低驅(qū)動(dòng)電路的生產(chǎn)成本的同時(shí)也保證了電路的安全性。經(jīng)測(cè)試該驅(qū)動(dòng)電源輸入電壓寬度可達(dá)AC 85-265V，輸出電壓可達(dá)40 V～60 V，輸出電流為300 mA ±5%，電源效率為82%左右。