基于OB2532的原邊反饋LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

文中應(yīng)用高性能離線式PWM控制器OB2532，設(shè)計(jì)了一款小功率LED驅(qū)動(dòng)電路，電路采用原邊反饋方式。與傳統(tǒng)的副邊反饋相比，原邊反饋驅(qū)動(dòng)電路省去了光耦和TL431芯片，降低了成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。所設(shè)計(jì)的LED驅(qū)動(dòng)電路具有恒壓恒流控制特性。實(shí)測(cè)的結(jié)果來表明：4個(gè)1 W的白光LED正常工作，亮度非常高，測(cè)試參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　LED照明因其節(jié)能、環(huán)保和壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，成為未來照明的發(fā)展趨勢(shì)。LED燈不像普通的白熾燈泡，可以直接連接220V的交流市電，它需要低壓直流驅(qū)動(dòng)，因此必須設(shè)計(jì)復(fù)雜的電源變換電路。LED的壽命和驅(qū)動(dòng)電源有很大的關(guān)系，驅(qū)動(dòng)電源供電不穩(wěn)定，導(dǎo)致LED發(fā)光效率降低，壽命縮短，顏色發(fā)生變化，甚至燒毀。此外，轉(zhuǎn)換效率、恒流/恒壓精度、電源壽命、電磁兼容等要求也是設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)電源必須考慮的因數(shù)。文中設(shè)計(jì)出一款A(yù)C/DC的LED恒流源驅(qū)動(dòng)電源，采用原邊反饋方式，與傳統(tǒng)的副邊反饋的光耦加TL431的結(jié)構(gòu)相比，其最大的優(yōu)勢(shì)在于降低了成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。

　　1 LED驅(qū)動(dòng)電源工作原理

　　PWM(Pulse Width Modulation)調(diào)制方式是開關(guān)功率變換器中最常采用的方式，通過反饋端的反饋信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)的差值與內(nèi)部產(chǎn)生的鋸齒波進(jìn)行比較，然后輸出恒頻變寬的方波信號(hào)對(duì)功率開關(guān)管進(jìn)行控制，可以依據(jù)負(fù)載快速調(diào)節(jié)開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，從而穩(wěn)定輸出電壓。

　　開關(guān)電源變換器從控制模式上可分為兩類：電壓控制模式(Voltage control Mode)和電流控制模式(Current Control Mode)。電壓控制模式的基本原理就是通過將誤差放大器的輸出電壓與一個(gè)鋸齒波進(jìn)行比較，產(chǎn)生控制用的PWM信號(hào)。PWM電壓模式的控制原理圖如圖1所示，其原理為：采樣電阻R1和R2檢測(cè)輸出電壓Vo，并將其輸入誤差放大器EA與參考電壓Vref進(jìn)行比較，放大的誤差電壓Vea輸入到PWM電壓比較器(脈寬調(diào)整器)。PWM電壓比較器的另一個(gè)輸入是周期為T的鋸齒波。Vea與鋸齒波進(jìn)行比較，當(dāng)鋸齒波電壓高于Vea的時(shí)，PWM電壓比較器的輸出由高電平轉(zhuǎn)化為低電平，Q1關(guān)斷，以此來調(diào)節(jié)Q1的導(dǎo)通時(shí)間，保證輸出電壓恒定。

　　電流控制模式是在電壓控制模式的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)電流負(fù)反饋的環(huán)節(jié)。圖2為PWM峰值電流控制模式的原理框圖。PWM電壓比較器的輸入由電壓控制模式中的鋸齒波信號(hào)換成了對(duì)電流采樣值轉(zhuǎn)換成的電壓Vs(=IQ1xRS)，比較器的另一端仍然是輸出電壓采樣值與參考基準(zhǔn)的誤差放大值Vea。每個(gè)周期開始時(shí)，脈沖信號(hào)控制將開關(guān)開啟，流過開關(guān)和電感的電流增大，當(dāng)電流增大到Vs超過Vea時(shí)，觸發(fā)器R端置高電位，開關(guān)被關(guān)斷。如果輸入電壓VDC增大，則開關(guān)導(dǎo)通時(shí)Vs上升速度加快，Vs超過Vea所需要的時(shí)間縮短，于是開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間Ton被縮短;反之輸入電壓VDC減小，則Vs超過Vea讓PWM控制信號(hào)翻轉(zhuǎn)所需時(shí)間更長(zhǎng)，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間Ton增加，維持對(duì)負(fù)載提供的能量大小。

　　2 方案的選擇

　　LED的伏安特性和一般的二極管伏安特性非常相似，電流呈很陡的指數(shù)上升，所以電源電壓微小的變化會(huì)引起正向電流較大的變化。目前，LED發(fā)光效率還是比較低，大部分的輸入電功率都是轉(zhuǎn)化為熱能，所以它的發(fā)熱很高。因?yàn)長(zhǎng)ED的伏安特性的溫度系數(shù)是負(fù)的，結(jié)溫升高引起伏安特性曲線左移，其結(jié)果是正向電流增加。正向電流增加以后，在電源電壓相同的情況下，LED的輸入功率增加。但結(jié)溫升高以后，光輸出會(huì)降低，這意味著更多的輸入功率轉(zhuǎn)換為熱能，即增加正向電流，它的光輸出量并不增加，反而降低，這導(dǎo)致結(jié)溫升高的惡性循環(huán)。因此，采用恒壓電源供電會(huì)使結(jié)溫升高，光衰加大，壽命縮短。綜上所述，本設(shè)計(jì)采用恒流源驅(qū)動(dòng)方案。

　　原邊反饋方式的AC/DC控制技術(shù)是最近10年間發(fā)展起來的新型開關(guān)電源控制技術(shù)，與傳統(tǒng)的副邊反饋光耦加TL431的結(jié)構(gòu)相比，其最大的優(yōu)勢(shì)在于省去了這兩個(gè)芯片以及與之配合工作的一組元器件，這樣就節(jié)省了系統(tǒng)板上的空間，降低了成本并且提高了系統(tǒng)的可靠性。OB2532是一個(gè)原邊反饋方式的高性能離線式PWM控制器，采用原邊反饋技術(shù)替代以前由芯片PC817和TL431組成的反饋環(huán)路，減小電路體積。同時(shí)，芯片集成了專有的恒壓恒流控制，其引腳說明如圖3和表1所示。

　　3 電路設(shè)計(jì)

　　基于OB2532的LED驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示。輸入的220 V交流電壓經(jīng)VD1-VD4整流和電感L1，電容C1、C2濾波后，變?yōu)橹绷麟妷杭拥阶儔浩鞯脑吘€圈，再接到MOS管VT的漏極。變壓器的輔助繞組N2經(jīng)過整流二極管VD5、濾波電容C3后為OB2532提供電源(開始是由變壓器原邊⑥處的較高直流電壓經(jīng)電阻R1、R2降壓提供)，同時(shí)輔助繞組N2和電阻R3、R4還為OB2532的反相端INV提供取樣反饋電壓。連接VT管源極的電阻RS將檢測(cè)得到的電流信號(hào)加于電流檢測(cè)輸入腳CS。在INV端反饋電壓信號(hào)和CS電流信號(hào)的控制下，對(duì)VT管的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度進(jìn)行調(diào)整，即通過PWM使電源和電流保持恒定。由VD6、R5、C5組成的緩沖網(wǎng)絡(luò)，可以使反峰電壓通過二極管VD6及電阻R5來消耗其能量，降低反峰電壓，以免在開關(guān)的過程中繞組N1上出現(xiàn)過高電壓，損壞VT管。在變壓器的副邊，交流電壓經(jīng)二極管VD7整流、電容C6濾波，得到恒定電壓和電流來驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管LED。這個(gè)電路的優(yōu)點(diǎn)是原邊反饋控制，不用加光耦和穩(wěn)壓源TL431，降低了成本。本次設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)4個(gè)1 W的LED二極管。

　　4 電路測(cè)試

　　4.1 原邊反饋特性測(cè)試

　　在圖4中，N2經(jīng)VD5整流、C3濾波為IC提供電源，同時(shí)N2還為反相端INV提供取樣反饋電壓。所以要進(jìn)行原邊反饋特性測(cè)試，就要測(cè)試OB 2532的INV端，即測(cè)試點(diǎn)③。變壓器原邊次級(jí)線圈③點(diǎn)的波形如圖5所示。波形雖然有些毛刺，但很好地反映了開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷。

　　由電路圖4可知，測(cè)試點(diǎn)⑥即是整流、濾波后的直流電壓，用萬用表的1 000 V直流電壓檔測(cè)量。測(cè)試點(diǎn)⑦與OB2532的VDD引腳相連，即為芯片的供電電壓，用萬用表的20 V直流電壓檔測(cè)量。在實(shí)際操作時(shí)，還要注意接地點(diǎn)的選取。在圖4中共有9個(gè)接地點(diǎn)，其中變壓器原邊有7個(gè)，副邊有2個(gè)。副邊作為輸出直接驅(qū)動(dòng)LED，所以原邊副邊的接地點(diǎn)是不同的，因此在圖4中以不同的符號(hào)表示。但是各邊的接地點(diǎn)則是相同的，這里選取電容C3的接地點(diǎn)。具體測(cè)量結(jié)果如表2所示。

　　4.2 副邊輸出信號(hào)波形

　　圖4中的測(cè)試點(diǎn)②，即變壓器副邊輸出在經(jīng)過二極管濾波之前的信號(hào)是關(guān)鍵的測(cè)試點(diǎn)。用Tektronix TDS21060 MHz 1GS/s的數(shù)字示波器進(jìn)行波形測(cè)試，接4x1 W LED作為負(fù)載。得到波形如圖6，可知波形規(guī)整，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　4.3 輸出參數(shù)測(cè)量

　　首先運(yùn)用定電阻(CR)模式的電子負(fù)載來測(cè)試電流電壓參數(shù)。具體操作如下：可以先用萬用表直流電壓檔測(cè)出輸出端Vo電壓.即負(fù)載為無窮大(開路)的電壓，這里為11.70 V，查閱相關(guān)資料，得LED的標(biāo)稱電流為370 mA，由此可計(jì)算出負(fù)載約為32，故電子負(fù)載在此基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)試。測(cè)試結(jié)果如表3所示。

　　從實(shí)測(cè)的結(jié)果來看，4個(gè)1 W的白光LED正常工作后亮度并不是非常高，其發(fā)光效率也沒有達(dá)到最高。電路工作于輕負(fù)載狀態(tài)，所以要進(jìn)一步調(diào)試，提高發(fā)光亮度。這里仍然使電子負(fù)載處于定電阻模式，并逐步改變電阻，記錄數(shù)據(jù)如表4所示。

　　5 結(jié)論

　　文中設(shè)計(jì)的LED恒流驅(qū)動(dòng)電源，采用原邊反饋方式的電流模式PWM控制，具有體積小，成本低的特點(diǎn)，適合于小功率LED驅(qū)動(dòng)電源，諸如臺(tái)燈，地?zé)?，小射燈等。通過測(cè)試可知，設(shè)計(jì)的白光LED驅(qū)動(dòng)電路達(dá)到設(shè)計(jì)要求。