在上周周五的文章中，我們針對(duì)一種大功率LED驅(qū)動(dòng)電源方案的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并對(duì)這一LED電源的PFC電路設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了簡(jiǎn)析。今天我們將會(huì)繼續(xù)就這一大功率恒流LED驅(qū)動(dòng)電源方案展開分享，并針對(duì)該方案中的電路設(shè)計(jì)部分進(jìn)行重點(diǎn)闡述和介紹。

調(diào)光電路設(shè)計(jì)

相信通過(guò)上周周五的恒流LED電源設(shè)計(jì)原理介紹，大家應(yīng)該都非常清楚，這一方案主要采用PWM調(diào)光的方式來(lái)對(duì)驅(qū)動(dòng)電源調(diào)光電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，在這一設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，我們對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了簡(jiǎn)要的改動(dòng)設(shè)計(jì)。下圖中，圖1是LED驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，我們所設(shè)計(jì)的這一驅(qū)動(dòng)電源在輸出端做出了如下圖圖2所示的改動(dòng)，即是在輸出端LED的燈串中串聯(lián)一個(gè)開關(guān)管，通過(guò)控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷來(lái)改變平均輸出電流。

從圖2所展示的這種大功率恒流LED電源的調(diào)光電路圖中可以看到，在這一電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們選擇將NCS1002的Vcc端與V3相連，并將CON2端為輸入PWM信號(hào)端口。采用該種設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和缺陷非常明顯，當(dāng)輸入PWM信號(hào)為低電平時(shí)，三極管V5的集電極與發(fā)射極截止，V3的柵源兩端電壓為Vcc，約為14V，V3處于導(dǎo)通狀態(tài)，LED正常發(fā)光。而當(dāng)輸入信號(hào)為高電平時(shí)，V5的集電極與發(fā)射極導(dǎo)通，V3的柵源兩端電壓被拉低，V3截止，LED不發(fā)光。考慮到輸出端被斷開時(shí)，采樣電阻上不產(chǎn)生電壓，為瞬間的開路狀態(tài)。

圖1 LED驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖2 調(diào)光電路的電路圖

因此，在了解了這一調(diào)光電路設(shè)計(jì)過(guò)程中的主要問(wèn)題之后，為了解決這一缺陷，在本次所設(shè)計(jì)的大功率恒流LED電源的電路系統(tǒng)中，我們特別添加V4和C12。由上圖圖2可見，V3和V4同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，在V3、V4關(guān)斷時(shí)，恒流控制環(huán)檢測(cè)到C12兩端的電壓，即正常工作時(shí)R12兩端的電壓，稱為虛擬電壓。而在添加了V4與C12之后，當(dāng)PWM信號(hào)頻率足夠高時(shí)，輸出端開路時(shí)間很短，C12尚未完全放電，恒流控制環(huán)將C12兩端電壓作為檢測(cè)到的電壓，從而使電路保持正常工作。所以由于虛擬電壓，此時(shí)的PWM調(diào)光電路就不會(huì)影響電路的恒流效果了。

變壓器匝數(shù)計(jì)算及設(shè)計(jì)

在完成了調(diào)光電路以及硬件設(shè)計(jì)之后，接下來(lái)我們需要做的是整個(gè)LED電源設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一部分，那就是完成電源變壓器的匝數(shù)計(jì)算和相關(guān)的設(shè)計(jì)工作。由于在本方案中，我們所設(shè)計(jì)電路的輸出額定功率是75W，因此，我們選擇型號(hào)為PQ3230的變壓器磁芯。查表得其磁芯面積為1.6cm2，驅(qū)動(dòng)電源的效率為85%，這里取輸入最小電壓120V和最大占空比0.45，則變壓器初級(jí)的平均電流為Iav=Po/(ηUinmin)，經(jīng)計(jì)算得出結(jié)果為0.74A。

在已經(jīng)得出了電源變壓器的初級(jí)平均電流值之后，接下來(lái)我們需要計(jì)算的是這一LED驅(qū)動(dòng)電源變壓器的初級(jí)峰值電流Ipk，為了得到精確的計(jì)算結(jié)果，此時(shí)我們需引入初級(jí)的電流變化量△I，與Ipk的比值Krp。由于LED電源的主電路工作在CCM模式，因此取Krp=0.7，則可得出公式為IgvT=(Ipk-IpkKrp+Ipk)ton/2，式中T為工作周期，T=1/∫，ton=TDmax。計(jì)算得到Ipk為2.53A，進(jìn)一步可得到初級(jí)的電感量和匝數(shù)分別為：

在上述公式中，磁通密度△B的值一般取0.1～0.2T之間。通過(guò)對(duì)該公式的推導(dǎo)和演算，解得Lp=436μH，Np=33匝。又因輸出電壓Uo=50V，續(xù)流二極管壓降Uvo=1V。根據(jù)公式Ns=(Uo+UVD)Np/Uinmin，得到次級(jí)匝數(shù)為14匝，進(jìn)一步可得輔助繞組匝數(shù)為5匝。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

在完成了對(duì)該種大功率恒流LED驅(qū)動(dòng)電源的硬件及電路設(shè)計(jì)好，接下來(lái)需要做的就是制作樣機(jī)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。首先我們要對(duì)未加調(diào)光電路的驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)條件為輸入為90～260V交流電壓、負(fù)載為75W的LED燈串(即60個(gè)3.5V/0.35A的LED燈)。下圖中，圖3(a)示出全電壓下驅(qū)動(dòng)電路輸出電流、功率因數(shù)及轉(zhuǎn)換效率。

從圖3(a)中可以看出，在沒(méi)有添加調(diào)光電路的前提下，當(dāng)輸入交流電壓在90～260V之間變化時(shí)，這一恒流大功率LED驅(qū)動(dòng)電源的輸出電流變化范圍為1.472～1.593A，波動(dòng)率為8.16%。驅(qū)動(dòng)電路的功率因數(shù)一直非常高，保持在0.95以上。而當(dāng)輸入電壓低于220V時(shí).隨輸入電壓的升高，驅(qū)動(dòng)電路的轉(zhuǎn)換效率逐漸提高，最高可達(dá)86%。當(dāng)輸入電壓高于220V時(shí)，轉(zhuǎn)換效率隨電壓升高略有下降。

接下來(lái)我們?cè)跇訖C(jī)在原有的驅(qū)動(dòng)電路上增加本文中所設(shè)計(jì)的調(diào)光電路，在添加調(diào)光電路的同時(shí)，利用n555定時(shí)器電路產(chǎn)生PWM信號(hào)輸入CON2端口，在220V的輸入電壓條件下，改變輸入PWM信號(hào)的占空比。負(fù)載仍是75w的LED燈串。下圖中，圖3(b)示出不同占空比的PWM信號(hào)下驅(qū)動(dòng)電路輸出電流、功率因數(shù)及轉(zhuǎn)換效率。

(a)

(b)

圖3 輸出電流、功率因數(shù)及轉(zhuǎn)換效率

從上圖中圖3(b)的LED電源輸出電流、功率因數(shù)及轉(zhuǎn)換效率曲線圖可知，在輸入220V交流電壓條件下，在這一大功率恒流LED驅(qū)動(dòng)電源的主電路系統(tǒng)中隨著PWM 占空比的減小，輸出電流也減小，占空比在0.2～1之間變化時(shí).輸出電流的變化范圍為0.6～1.5A。當(dāng)占空比大于0I3時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路的功率因數(shù)基本不變，保持在0.9以上。當(dāng)占空比低于0-3時(shí)，功率因數(shù)有明顯下降，但仍維持在0.88以上。轉(zhuǎn)換效率隨著占空比的減小而減小，最低降至約50%。