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一种节能型LED开关电源方案分享

一种节能型LED开关电源方案分享

  LED开关电源在最近几年的新产品研发过程中,逐渐开始向节能、高效和集成化的方向发展。在此前的方案分享中,我们曾经为大家分享过一些大功率驱动LED开关电源的设计方案,在今天的文章中小编整理了一种节能型LED电源的设计方案,在这里与大家一同分享,一起来看看吧。

  这种节能型的LED开关电源设计方案系统框图,如下图图1所示。


图1

  从这种LED开关电源的系统框图设计中我们可以看到,本系统采用了LED驱动电路中常用的单端反激式拓扑,该拓扑设计较为简单。输入采用了四个1N4007作为全波整流,而后经过π型滤波器整流,采用了TinySwich-Ⅲ系列中功率容量最大的TNY280作为开关控制IC。在磁芯的选择方面,本方案主要采用EE19磁芯实现初次级隔离,并使用双路输出实现运放的独立供电,采用运放和电压比较器作为反馈控制以实现高精度恒流控制。在散热方面,我们采用低导通压降的肖特基整流管ER303减少二极管发热,滤波电容采用ESR可接受的普通电解电容降低电容温升。该电源系统的电路原理图如下图图2所示。


图2

  在该种节能型LED开关电源的主电路设计过程中,我们使用PIExpert7软件所设计出电路框图如图3所示。该软件设计出的原理图基本都采用比较极限的参数。因此修改了高频变压器从EE19改为EE20/20/5(磁芯气隙改小)。开关IC也从TNY275改为TNY280。目的是使得整个电路发热量减少,更加稳定,以便于更好的适应各种恶劣的工作环境。

  同时,为了更好的符合节能集成的设计要求,本方案中的差模抑制方面也进行了调整,改为仅采用一个0.1μ的X电容作为差模抑制,把单电容滤波改为π型滤波。此外改动较大的是反馈回路,因为如果仅仅采用TL431作为恒压控制,控制精度较低,且不好实现恒流控制。假设采用三极管S8550加TL431作为恒流稳压控制,精度不够高,并且电流采样电阻一定要取较大阻值,导致效率下降。因此本设计最终采用的是SOP封装的双运放LM358,可实现高精度的恒流控制,并为电路系统提供稳妥的过压保护。同时,电流取样电阻可改为小至0.5Ω(为减小体积,用两个1Ω电阻并联)的高精度(误差值为1%)金属膜电阻。

  在完成了上述调整后,接下来我们来看一下运放LM358的A、B两部分电压比较器的设计。首先来看运放LM358的B部分组成的电压比较器。连接比较器B反相端的外围电路,是可控稳压管TL431组成的恒压源。TL431的阳极和ref端连接在一起,此时阳极的电压约为2.5V。因此电压比较器B反相端的电压接近于2.5V。


图3

  通过对图1和图3电路系统及框图的对比,我们可以看到,在整个LED开关电源的电路设计过程中,运放LM358的A部分主要通过0.5Ω的金属膜高精度电阻串接接到输出回路作为电流取样电阻,经4702电阻连接到运放A同相端进行加大。应该令运放A的输出电压在额定输出恒流(1WLED灯珠的工作点,350mA)时刚好等于电压比较器B的反相端电压,也就是2.5V。通过电压比较器B与稳压管的过压回馈进行电压比较。正常工作时,电压比较器同相端的电压围绕2.5V波动。

  为了印证这种设计的可靠性和安全性能,在这里我们假设因出现某种原因而导致输出电流过大,则此时比较器B同相端电压高于反相端,电压比较器输出高电平,光耦内部发光二极管导通,于是光耦的C脚将从TNY280的EN/UV脚引出较大电流,导致TNY280内部MOS管的PWM方波占空比降低,使得输出电压回落,输出电流也就降低了,就这样达到恒流的目的。同样的,当某种原因导致输出电流降低,比较器反相端电平高于同相端电平,光耦C脚引出较小电流,导致TNY280内部MOS管的PWM方波占空比升高,使得输出电压回升,输出电流也就增大了,达到恒流的目的。可见环路为负反馈控制,实现恒流。

  而在这种节能型LED开关电源的运行和工作过程中,整个电路系统的过压保护工作,主要由电压比较器B实现。当电源处于空载状态时,输出端电压VCC1不断上冲,达到两个稳压管的稳压值之和以后。此时稳压管导通,微电流约为0.04mA。该电流在同相端产生约5V的高电平,电压比较器B同相端比反相端电压要高,电压比较器输出高电平。通过光耦令TNY280的使能引脚EN/UV导出较大电流,控制TNY280的脉冲信号减少,所以输出将稳定在40V上下。不会一直上冲而导致炸机。


图4

  以上就是本文针对一种节能型的LED开关电源设计方案,所进行的分享,希望能够对各位工程师的方案研发和设计工作有所帮助。

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