隨著能源的日益稀缺，低碳經(jīng)濟愈來愈被重視,LED節(jié)能、高效、環(huán)保這些特點必然使其大放異彩，但LED光源并不像一般的光源那樣可以直接使用公共電網(wǎng)電壓,它必須提供能滿足其LED的額定電壓和電流才能正常工作。近年來，煤礦事故頻發(fā)，因為煤礦下存在爆炸性混合氣體，所以對所用的電器設(shè)備的安全性有著更高的要求，對設(shè)備在正常工作和發(fā)生故障時產(chǎn)生的電火花或熱效也應(yīng)有相應(yīng)的限制。筆者針對礦下這種易燃易爆的惡劣環(huán)境,采用目前非常流行的PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，設(shè)計了一款具有極高穩(wěn)定性和效率，且具有保護隔離措施的高可靠性電源。

1  脈寬調(diào)制原理及其典型電路

圖1所示是脈寬調(diào)制技術(shù)驅(qū)動電源的典型電路,其中輸入電壓經(jīng)整流濾波后和芯片漏極電壓構(gòu)成變壓器初級端的輸入電壓,次級端按照變壓器的匝數(shù)比再經(jīng)整流濾波得到輸出電壓，輸出電壓經(jīng)采樣、比較電路后得到的信號再經(jīng)光耦傳輸?shù)叫酒姆答佉_，從而調(diào)整三極管的導(dǎo)通和截止時間，并最終使輸出電壓保持穩(wěn)定。

脈寬調(diào)制開關(guān)電源的開關(guān)部件，一般都是由大功率三極管或大功率場效應(yīng)管來擔任的，電源輸出電壓的改變和穩(wěn)定，都是靠開關(guān)管飽和導(dǎo)通的時間和截止時間長短的改變來實現(xiàn)的，我們稱之為占空比，即導(dǎo)通時間與整個周期的比。當輸入電壓發(fā)生變化時，輸出電壓也會發(fā)生變化，然后經(jīng)過采樣和反饋電路去控制開關(guān)調(diào)整管導(dǎo)通時間的長短,從而使脈沖的寬度發(fā)生變化，最終使輸出電壓保持穩(wěn)定。比如輸出電壓V。低于正常電壓，經(jīng)過采樣和反饋電路改變?nèi)龢O管導(dǎo)通時間,使它的直流分量增加，也就是使平均電壓增加，并使輸出電壓回升，從而抑制輸出電壓的下降,維持輸出電壓的穩(wěn)定。同理，若輸出電壓V。高于額定值，經(jīng)過采樣和反饋電路改變導(dǎo)通時間后，將使它的直流分量減少,平均電壓降低，并使輸出電壓降低，從而抑制輸出電壓的升高，以維持輸出電壓的穩(wěn)定。

2  電路設(shè)計

2.1  本安LED驅(qū)動電源組成

圖2所示是一個本安LED驅(qū)動電源的組成框圖。圖中，該本安LED驅(qū)動電源中的開關(guān)電源芯片可采用飛兆半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的型號為KA5M0380,該芯片的頻率為66kHz,采用單端反激式開關(guān)電源技術(shù)來完成電源設(shè)計。

2.2  電路保護部分

系統(tǒng)中的輸入端電路保護部分由250V/2A保險管、壓敏電阻、熱敏電阻組成,可用于在電源出現(xiàn)故障時，對電源其它器件進行保護，以保證安全。

2.3  整流濾波

整流濾波電路的主要功能是將交流電變換為直流電，并供后續(xù)電路進行相應(yīng)變換。該電路采用二極管組成全波整流或半波整流電路，再加上一定容值的電容來達到整流濾波的目的。由于整個電源電路的頻率為66kHz左右，所以，電路的輸出濾波使用高頻二極管UF4007。因為輸出電壓要用于驅(qū)動LED,所以要求輸出電壓要盡可能的平滑，事實上,該電路也可以選用k型濾波器來濾波。

2.4  短路保護及芯片供電系統(tǒng)

將短路保護和芯片供電這兩部分放在一起研究的原因是因為短路保護是通過對芯片供電的影響而達到其相應(yīng)保護目的的。圖3所示是本LED本安電源的短路保護和供電電路圖。 

由于KA5M3080芯片內(nèi)部沒有電流源，所以芯片啟動需要外部提供一定的電流和電壓，而在剛上電時，次級給芯片供電部分的線圈沒有輸出，所以，電路部分用一個電阻直接連在輸入整流濾波后，并在芯片啟動時給芯片供電，待芯片正常工作后，由輔助繞組給芯片供電。

該電路采用0.1。電阻來對輸出電流進行釆樣，當電流超過預(yù)先設(shè)定的值時，運放輸出一個脈寬為2ms,幅度為20V左右的脈沖，并經(jīng)光耦反饋給輸入端的芯片供電電路。該光耦輸出端接三極管,三極管集電極接芯片供電管腳，另一端接地，當光耦輸入端檢測到運放輸出上述脈沖時，三極管瞬間導(dǎo)通，芯片供電迅速被拉低,從而使芯片停止工作，并導(dǎo)致輸出端沒有輸出。此時芯片又由啟動供電電路供電來重新啟動，一旦有輸出，如果短路故障仍存在，則短路保護就被激活，又重復(fù)上述過程，周而復(fù)始。

2.5  穩(wěn)壓穩(wěn)流反饋系統(tǒng)

該電源電路的反饋電路包括電壓反饋和電流反饋，它們的工作原理類似。現(xiàn)以電壓反饋為例，先對輸出電壓進行采樣，經(jīng)電阻分壓后接到運算放大器正向端，反相端接基準電壓，如果輸出電壓太大，運放則會輸出一個相應(yīng)比例的電壓信號，經(jīng)光耦輸入到芯片的反饋引腳，這樣，芯片就會根據(jù)反饋電壓的大小調(diào)整占空比，從而抑制輸出電壓，直到平衡狀態(tài)。電流反饋則是在負載對輸出電流進行采樣。

3  結(jié)語

本文以LED照明這一節(jié)能高效的照明技術(shù)為出發(fā)點，主要針對煤礦井下惡劣的環(huán)境，闡述了在易爆環(huán)境下本質(zhì)安全型驅(qū)動電源的設(shè)計方法。本課題從立題到完成都立足于實際應(yīng)用,并以工程的實際需要為根本出發(fā)點，將理論與實際聯(lián)系在一起。目前，采用本設(shè)計的本安驅(qū)動電源已經(jīng)投入生產(chǎn)和使用，相信在實際的使用環(huán)境中還將會不斷完善。