一文看懂节能灯适用的高频恒流LED开关电源设计

　　LED开关电源概述

　　LED开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

　　LED开关电源中应用的电子器件主要为：LED二极管、IGBT和MOSFET。SCR在开关电源输入整流威廉希尔官方网站 及软启动威廉希尔官方网站 中有少量应用，GTR驱动困难，开关频率低，逐渐被IGBT和MOSFET取代。

　　LED开关电源三个条件

　　1、开关是：电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态

　　2、高频：电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频

　　3、直流：开关电源输出的是直流而不是交流

　　led开关电源的作用

　　LED开关电源是有威廉希尔官方网站 来控制开关管而进行高速的道通和截止。是将直流电转化成高频交流电来给变换器进行变压，使其产生所需要的一组或多组电压！转化为高频交流电的道理是高频交流在变压器威廉希尔官方网站 中的效率要比市电50Hz或60Hz高。因此开关电源变压器可以做到体积很小，在开关电源工作的时候不会很热，产品价格比工频直流稳压电源低．如果不将50Hz或60Hz变为高频电，那么开关电源就没有任何意义。开关电源大体可以分为隔离和不隔离这两种，是隔离型的一定有开关电源变换器，而不隔离的未必一定有开关电源变换器。开关电源与传统直流电源相比具有体积小、重量轻、和效率高等优点。

　　LED开关电源与普通开关电源的区别

　　1、最明显的区别：LED电源是恒流源，一般开关电源是恒压源。

　　2、LED开关电源的设计难点是体积和价钱。

　　3、LED电源：首先要求一定要恒流；其次低温低热长寿命；然后小体积；再次防水防腐防静电；最后高频污染。普通电源和低品质LED电源高频污染严重，输出直流即便是加电感和大电容滤波，波形都很复杂。差的电源，电源本身可能不坏，但是LED寿命和光衰都大大降低。

　　4、LED电源威廉希尔官方网站 实际上多是由开关电源威廉希尔官方网站 +反馈威廉希尔官方网站 这样的形式构成，反馈威廉希尔官方网站 从负载处取样后对开关威廉希尔官方网站 进行脉冲的占空比调整或频率调整，以达到控制开关威廉希尔官方网站 输出的目的。

　　5、LED开关电源是不需要整流器。

　　6、LED电源是指给LED照明供电用的电源，多是开关电源，最大的特点恒压恒流输出。

　　节能灯适用的高频恒流LED开关电源设计

　　在本方案中，我们所设计的这一适用于节能灯的高频恒流LED开关电源方案，其核心以UC3842为控制部件，完成后的开关电源控制威廉希尔官方网站 是一个电压、电流双闭环控制系统。在这一电压电流双闭环控制系统中，我们所设计的变换器的幅频特性由双极点变成单极点，因此，增益带宽乘积得到了提高，稳定幅度大，具有良好的频率响应特性。

　　这一LED开关电源的主要的功能模块包括启动威廉希尔官方网站 、过流过压欠压保护威廉希尔官方网站 、反馈威廉希尔官方网站 、整流威廉希尔官方网站 。以下对各个模块的原理和功能进行分析。该威廉希尔官方网站 系统的设计原理图如下图图1所示。

　　图1 LED开关电源威廉希尔官方网站 原理图

　　1、启动威廉希尔官方网站 设计思路

　　首先我们来看一下这一节能灯适用的LED开关电源启动威廉希尔官方网站 的设计方案。如上图图1所示，在这一威廉希尔官方网站 系统中，交流电由C16、L1、C15以及C14、C13进行低通滤波，其中，C16、C15组成抗串模干扰威廉希尔官方网站 ，用于抑制正态噪声。而C14、C13、L1组成抗共模干扰威廉希尔官方网站 ，其主要功能是抑制共态噪声干扰。它们的组合应用对电磁干扰由很强的衰减旁路作用。

　　经过低通滤波和共态噪声干扰抑制后的交流电压，经D1～D4桥式整流以及电解电容C1、C2滤波后，将会变成310V的脉动直流电压。这一脉动直流电压经R1降压后能够给C8充电，当C8的电压达到UC3842的启动电压门槛值时，UC3842开始工作并提供驱动脉冲，由脚6输出推动开关管工作。

　　随着控制芯片UC3842的启动，R1的工作也就基本结束了，余下的任务将会交给反馈绕组来完成，此时反馈绕组将会产生电压给UC3842供电。由于输入电压超过了UC3842的工作，为了避免意外，用D10稳压管限定UC3842的输入电压，否则将出现UC3842被损坏的情况。

　　2、短路过流、过压、欠压保护威廉希尔官方网站 设计思路

　　LED开关电源的威廉希尔官方网站 设计中，工程师需要综合权衡可能遇到的突发情况，并合理设置相应的保护威廉希尔官方网站 ，以此保障开关电源的正常驱动工作。在本方案中，我们所设计的保护措施主要有短路过流、过压以及欠压保护三个方面。

　　如上图图1所示，如果在这一节能灯适用的高频恒流LED开关电源运行过程中出现了输出端短路而产生过流的情况，此时开关管的漏极电流将大幅度上升，而R9两端的电压将会快速上升，UC3842的脚3上的电压也上升。如果当该脚的电压超过正常值0.3V达到1V（即电流超过1.5A）时，UC3842的PWM比较器将输出高电平，使PWM锁存器复位，关闭输出。这时UC3842的脚6无输出，MOS管S1截止，从而对威廉希尔官方网站 起到一个保护作用。

　　接下来再来看一下本方案中的过压保护威廉希尔官方网站 设计思路。在我们所设计的恒流驱动LED开关电源方案中，如果供电电压发生过压，此时控制器UC3842将无法调节占空比，变压器的初级绕组电压大大提高，UC3842的脚7供电电压也急剧上升，其脚2的电压也上升，关闭输出。如果电网的电压低于85V，UC3842的脚1电压也下降，当下降到lV以下时，则PWM比较器输出高电平，使PWM锁存器复位，关闭输出。

　　如果人为意外地将输出端短路，这时输出电流将成倍增大，使得自动恢复开关RF内部的热量激增，它立即断开威廉希尔官方网站 ，起到过压保护作用。一旦故障排除，自动恢复开关RF在5s之内快速恢复阻抗。因此，此威廉希尔官方网站 具有短路过流、过压、欠压三重保护。

　　3、反馈威廉希尔官方网站 设计思路

　　在本方案中，我们所设计的高频恒流驱动LED开关电源，其反馈威廉希尔官方网站 在设计时主要采用精密稳压源TL431、放大器AD8022和线性光耦PC817来构成。在这一反馈威廉希尔官方网站 的设计中，我们主要利用TL43l可调式精密稳压器构成误差电压放大器和电流放大器AD8022，再通过线性光耦对输出进行精确的调整。如图1所示，R4、R5是精密稳压源的外接控制电阻，它们决定输出电压的高低，和TL431一并组成外部误差放大器。

　　在这一恒流驱动LED开关电源的威廉希尔官方网站 设计中，反馈威廉希尔官方网站 的设置也是非常重要的，直接关系到功耗的大小和稳压效果。当输出电压升高时，取样电压VR7也随之升高。在这一威廉希尔官方网站 系统的设计中，我们设定电压大于基准电压2.5V时，使TL431内的误差放大器的输出电压升高，致使片内驱动三极管的输出电压降低，也使输出电压Vo下降，最后Vo趋于稳定。

　　相反的，当输出电压下降并引起设置电压下降时，一旦输出电压低于设置电压，则误差放大器的输出电压下降，片内的驱动三极管的输出电压升高，最终使得控制器UC3842的脚1的补偿输入电流随之变化，促使片内对PWM比较器进行调节，改变占空比，达到稳压的目的。R7、R8的阻值是这样计算的：先固定R7的阻值，再计算R8的阻值，即有公式为：

　　在我们所设计的这一反馈威廉希尔官方网站 中，AD8022威廉希尔官方网站 通过调节误差放大器的增益来改变误差放大器的输出，并以此来改变开关信号的占空比。这种拓扑结构不仅具有外接元器件较少的特点，而且在电压采样威廉希尔官方网站 中采用了三端可调稳压管，使得输出电压在负载发生较大的变化时，输出电压基本上没有变化。

　　4、整流滤波威廉希尔官方网站 设计

　　在这一LED开关电源方案中，输出整流滤波威廉希尔官方网站 设计的合理与否将直接影响到电压波纹的大小，影响输出电压的性能。在本方案中，我们在电源输入端加电容C5，以滤除输入电源的噪声干扰。对于高频噪声，我们所提出的解决方案是在输出端采用π型滤波的方式。滤波电感采用150μH的电感，通过以上合理设置能够有效滤除高频噪声。同时，在本方案中我们还选择采用快速恢复二极管D6、D7整流。基于低压、功耗低、大电流的特点，有利于提高电源的效率，其反向恢复时间短，有利于减少高频噪声。

　　5、并联整流二极管设计

　　在本方案的整流威廉希尔官方网站 系统设计过程中，我们同样需要解决二极管尖峰电压的问题。在本方案中，我们提出了一种新的解决办法，即整流二极管并联，其具体的威廉希尔官方网站 图如图2所示。这种方法在大功率全桥移相DC/DC电源变换器的项目中得到了应用，实验波形验证了该方法，验证了该方法的有效性。

　　图2并联整流二极管威廉希尔官方网站 图