大功率恒流LED驅動電源方案分享之設計原理

在最近幾年中，國內市場對大功率恒流LED驅動電源的需求量開始逐漸上升，與此同時，用戶也同樣對LED電源的調光設計提出了更多要求，需要工程師在進行新產品設計時綜合權衡用戶需要與設計要求。在今明兩天的方案分享中，小編將會為大家分享一種大功率恒流LED驅動電源的設計方案，今天我們將會就這一方案的設計原理展開詳細介紹。

針對實際的應用需求和目前市場的用戶反饋結果，在本方案中，我們所設計的這一大功率的恒流LED驅動電路規(guī)格為輸入電壓90—260V，輸出電壓、電流為50V/1.5 A，其額定負載為75W，并且該LED電源支持可調光設計，能夠用于驅動多個1W/0.35的大功率白光LED。交流市電經EMI濾波、整流濾波后進入高頻變壓器，輸出端的電壓電流信號反饋給DC/DC和PFC控制器，控制器根據(jù)前端輸入交流信號及后端電壓電流信號控制開關管導通關斷，從而控制整個電路的能量傳遞。下圖中，圖1所給出的是本方案所設計的驅動電路框圖。

圖1 驅動電路框圖

在這一LED電源新產品的方案設計中，為了達成恒流驅動的設計要求，在驅動電路控制芯片的選擇方面我們采用的是NCL30001。該種集成芯片能夠將PFC和AC/DC控制集成在一起，具有軟跳過技術，能在輕載時減少噪音，并且具有過壓、過流和過溫保護功能，可以為本方案的電路設計提供多重保障。

下面我們來看一下本方案中，我們所設計的這種單級PFC反激式LED電源的電路工作原理，這一大功率LED驅動電源的電路結構設計如下圖圖2所示。在這一電路系統(tǒng)中，當該開關電源接入電流開始運行時，交流電通過VD1給電容C5充電。當C5的電壓達到門限電壓后，芯片開始工作。VD2、C6、R7構成初級箝位保護電路吸收漏感尖峰電壓，使漏極電壓限制在安全范圍內以保護開關管V1。NCL30001芯片開始工作后，其DRV管腳輸出PWM信號驅動V1導通。V1導通后經整流橋的電壓經過變壓器T1，能量儲存在Tl的初級繞組中，此時C9為負載供電。當V1關斷時，Tl中存儲的能量傳遞到次級繞組，為負載供電同時也為C9充電。C2的大小確定了芯片的工作頻率，R10起到感測初級電流的作用。該芯片工作在連續(xù)導通模式(CCM)，設置R5進行斜率補償。

圖2 單級PFC反激式LED恒流驅動電路結構

在本方案的設計中，出于對成本的考慮.我們所設計的單級PFC電路只使用一個開關管和一套控制電路，且需實現(xiàn)輸出電壓的快速調節(jié)和輸入電流的整形，PFC級與DC/DC級之間的能量不平衡由儲能電容來平衡。通常來說，工程師們都會希望能夠將單級PFC設計在電流不連續(xù)模式(DCM)下，以獲得較高的功率因數(shù)。但是，為了能夠有效提高整個電源的轉換效率，我們還是希望DC/DC級能工作在CCM模式下。兩種不同的模式導致一旦負載變小，輸入功率不變而輸出功率減小，電路來不及調整導致儲能元件電壓瞬間很高。單級PFC中PFC級與DC/DC級采用相同的電流工作模式能解決儲能電容電壓應力過高的問題，且處于對電源損耗和開關管成本的考慮，因此我們將電流工作模式設定在CCM。