基于TinySwitch-Ⅲ的LED驅(qū)動電源設計

　　3 TinySwitch-Ⅲ外圍電路設計

　　為了更加透徹地分析此設計的結(jié)構(gòu)與原理，把電路工作原理圖分為以下五個部分加以分析：輸入整流濾波電路、箝位保護電路、高頻變壓器、輸出整流濾波電路和反饋電路。

　　3.1 輸入整流濾波電路設計

　　輸入整流濾波電路包括整流部分、交流濾波和直流濾波電路。為了抑制電網(wǎng)中的浪涌電流，輸入端口串聯(lián)了1 A保險管F保護電路和負溫度系數(shù)熱敏電阻RT1(NTC)。交流濾波采用π型濾波電路，電容C1、C2和共模扼流圈L1。共同作用濾除雜波去除電網(wǎng)中的干擾，共模扼流圈(電感)是由兩股等同并且按同方向繞制在一個磁芯上的線圈組成。當負載電流流過共模扼流圈時，串聯(lián)在火線上的線圈所產(chǎn)生的磁力線和串聯(lián)在零線上線圈所產(chǎn)生的磁力線方向相反，它們在磁芯中相互抵消。因此即使在大負載電流的情況下，磁芯也不會飽和。而對于共模干擾電流，兩個線圈產(chǎn)生的磁場是同方向的，會呈現(xiàn)較大電感，從而起到衰減共模干擾信號的作用。

　　3.2 RCD箝位保護電路設計

　　反激式變換器由于變壓器漏感的存在及其它分布參數(shù)的影響，在開關(guān)管關(guān)斷瞬間會產(chǎn)生很大的尖峰電壓，這個尖峰電壓嚴重威脅著開關(guān)管的正常工作，必須采取措施對其進行抑制。本設計采用結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的RCD箝位電路。根據(jù)

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　　選取箝位電容。

　　3.3 高頻變壓器設計

　　由于變壓器在電路中兼有儲能、限流和隔離作用，還要流過直流成分，因而是整個設計中的難點和關(guān)鍵。為了合理選擇變壓器的磁芯，確定初級、次級線圈的線徑、匝數(shù)及氣隙等參數(shù)，必須對磁場強度、傳輸功率、傳輸效率、初級和次級峰值電流等多項參數(shù)進行分析計算。計算方法多種多樣，但計算結(jié)果相差不大。本設計采用了PIXls Designer 8軟件，計算相當簡單，僅需輸入相關(guān)設計參數(shù)，軟件就會輸出所需的變壓器設計參數(shù)：初級線圈電感量Lp=2917 μH;初級匝數(shù)：Np=90.7(實際設計中取91);初級繞組電流密度：4A/mm2;次級主繞組圈數(shù)NSM=14;磁芯選擇：EE22，相關(guān)參數(shù)：骨架繞組寬度Bw=8.45 mm，磁芯截面積AE=42 mm2，帶氣隙磁芯等效電感量ALG=312 nH/T2，最大磁通密度BM=274 mT，磁芯損耗中的交流磁通密度BAC=80 mT;氣隙長度LG=0.147 mm;初級漏感L_LKG=87.5 μH;次級走線電感LSEC=20 nH。

　　軟件給出的參數(shù)都是經(jīng)過一定優(yōu)化得到的，故實際設計中優(yōu)先選用這些推薦參數(shù)，實踐證明這樣做是合理且高效的。

　　3.4 輸出整流濾波電路設計

　　輸出整流濾波電路由整流二極管和濾波電容構(gòu)成。整流二極管D7選用肖特基二極管可降低損耗并消除輸出電壓的紋波，根據(jù)公式UD7=U。+[UinMAX·(Ns/Np)]設計D7并選用額定電壓為100 V的SBll00，與D7并聯(lián)的RC緩沖吸收電路可以減少尖峰電壓的幅度和減少電壓波形的變化率，還降低了射頻輻射的頻譜成分，有益于降低射頻輻射的能量;電容器C8一般應選擇低ESR(等效串聯(lián)阻抗)的電容。為提高輸出電壓的濾波效果，濾除開關(guān)器件所產(chǎn)生的噪聲，在整流濾波環(huán)節(jié)的后面再加一級LC濾波環(huán)節(jié)。

　　3.5 反饋電路設計

　　反饋電路的形式由輸出電壓的精度決定，本電源采用“光耦+穩(wěn)壓管”形式反饋電路，光耦選LTV817A，VR2是額定電壓為18 V容差為2%的穩(wěn)壓管。電源輸出端電壓由VR2、LTV817A和R4兩端的電壓決定。當輸出電壓變化時，電流流向光耦LED，從而下拉光耦中晶體管的電流。當電流超過TNY275PN使能引腳的閾值電流時，將抑制下一個周期，當下降的電壓小于反饋閾值時，會使能一個開關(guān)周期，通過調(diào)節(jié)使能周期的數(shù)量，對輸出電壓進行調(diào)節(jié)。

　　當反饋電路出現(xiàn)故障時，即在開環(huán)故障時，偏置電壓超過R7與旁路/多功能(BP/M)引腳電壓之和時，電流流向BP/M引腳。當此電流超過ISD(關(guān)斷電流)時TNY275PN的內(nèi)部鎖存關(guān)斷電路將被激活，從而保護負載LED照明燈具。由于本設計使用了偏置繞組(可實現(xiàn)輸出過壓保護)將電流送人BP/M引腳，抑制了內(nèi)部高電壓電流源，這樣的連接方式將265 VAC輸入時的空載功耗降低到40 mw，有效地降低了功耗。

　　4 結(jié)語

　　本文設計了一種基于TinySwitch-Ⅲ的LED驅(qū)動電源電路，分析了其工作原理和設計方法。綜合考慮了幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)并闡述了各外圍電路的功能特性，給出了合理設計相關(guān)電路參數(shù)的依據(jù)，特別是利用PIXls Designer8軟件設計變壓器參數(shù)，大大縮短了LED驅(qū)動電源的開發(fā)周期。經(jīng)驗證，該電源具有變換效率高(82%)、穩(wěn)定性好、可靠性高等優(yōu)點，可以為同類LED驅(qū)動電源設計提供一定的參考和借鑒。