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详解LED恒流驱动大功率电源电路设计过程

日期:2021/10/18 10:25:39
摘要: 作为 大功率电源 家族的新成员之一,LED恒流驱动电源是国内照明、家居等领域中的应用新星,对电路设计的可靠性要求也非常高。在今天的文章中,我们将会就一种高效、安全的LED恒流驱动大功率电源的电路设计过程进行详解和分析。

_ _ _ _ _作为 大功率电源 家族的新成员之一,LED恒流驱动电源是国内照明、家居等领域中的应用新星,对电路设计的可靠性要求也非常高。在今天的文章中,我们将会就一种高效、安全的LED恒流驱动大功率电源的电路设计过程进行详解和分析。
_ _ 在该LED大功率电源的设计方案中,其电源主电路的设计图如下图图1所示:
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图1 LED恒流驱动大功率电源电路图
_ _ _ 隔离反激式开关电源电路设计
_ _ 在了解了这一LED恒流驱动电源的电路图后,接下来我们首先来看一下在该电源方案的设计中,应该如何进行隔离反激式开关电源电路的设计。在该大功率电源的设计方案中,隔离反激式电源的拓扑结构典型电路如图2所示。从图2中可以看到,当开关管VT1导通时,高频变压器T一次绕组的感应电压为上正下负,由于变压器的初级绕组和次级绕组的同名端相反,此时次级绕组的整流二极管VD1处于截止状态,初级绕组储存能量。当开关管VT1截止时,变压器初级绕组储存的能量通过次级绕组和VD1。整流和电容C1,滤波后向负载输出。
_ _ 从这种隔离反激式开关电源电路的运行模式中可以得出结论,电源变压器在这个电路中有两个作用,即:当开关管导通时,变压器储存能量。当开关管截止时,变压器通过磁芯将能量传递给次级绕组,供给负载。这种拓扑结构的输出功率一般在100w以内,且有较好的电压调整率,如果需要精密控制输出电流,可以在输出回路串联采样电阻通过光耦反馈实现初级绕组和次级绕组的隔离。
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图2 隔离反激式开关电源电路
_ _ _ 开关变压器的选择与设计
_ _ 与其他的开关电源一样, LED恒流驱动电源 的变压器设计也同样是整个方案的核心所在,这种反激式的开关变压器在电路中起到两个作用:储能电感,当开关管导通时,初级绕组开始储存能量;当开关管截止时,初级绕组储存的能量通过磁芯传递给次级绕组。因此,该设计对于电感主要考虑的是是初级绕组的电感量和各绕组之间的匝数比。在计算这两个参数的同时,也涉及到电源的输入功率、输出功率、效率和开关频率等问题。在该LED大功率电源的设计方案中,整个电路的最大占空比为45%,效率预计为85%,输出功率为40×0.35—14w,开关频率为60kHz,经过理论计算并考虑裕量,本设计初级绕组的电感数值取1.5mH。根据测试结果,变压器的磁芯系数为88.7μH,所以有初级绕组的匝数为130匝。
_ _ 在本方案中,我们采用的是基于最大占空比的方法来确定变压器匝数比。经过公式计算,当电源加到负载的电压40V时,再考虑输出二极管的压降0.6V。则变压器的匝数比为0.45,这里计算出来的结果是匝数比N的最小值。根据电感量的要求,初级绕组已经确定为130匝,则次级绕组的匝数为58.5匝,为了方便绕制,可将匝数取为60匝,匝数比N为0.46,对于反激式开关电源,最大占空比小于50%时,系统是固有稳定的,不用增加补偿电路。
_ _ _ 功率因数校正电路设计
_ _ 由于LED恒流驱动电源的电路中经常采用电感和电容等元件,因此很容易引起相位漂移,所以功率因数比较低,一般不会超过0.6,这就需要工程师采用相应的措施来提高电路中的功率因数。在该设计方案中,我们所采用的是平衡半桥补偿电路法,来提升电路中的功率因数,其电路原理如图3所示。
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图3 平衡半桥补偿电路图
_ _ 在使用了平衡半桥补偿电路进行功率因数补偿设置后,该电路中的电容C1和C2采用10μF/400V的电解电容,两电容参数相同,通过电容的充放电作用,能够增加导通角,在正半周期可以将导通角扩展到30°至150°在负半周期可拓展到210°至330°。因此通过该电路可以将功率因数从0.6提高到0.85-0.9。
_ _ 以上就是本文针对LED恒流驱动 大功率电源 的电路设计过程,所进行的简要分析和介绍,希望能够对各位设计研发人员的工作有所帮助。

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