多路准谐振反激LED驱动电源设计说明.docx

多路准谐振反激LED驱动电源设计 LED驱动电源把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器，通常情况下：LED驱动电源的输入包括高压工频交流（即市电）、低压直流、高压直流、低压高频交流（如电子变压器的输出）等。而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。LED电源核心元件包括开关控制器、电感器、开关元器件（MOSFET）、反馈电阻、输入滤波器件、输出滤波器件等等。根据不同场合要求、还要有输入过压保护电路、输入欠压保护电路，LED开路保护、过流保护等电路。 LED驱动电源驱动方式有两种：其一是一个恒压源供多个恒流源，每个恒流源单独给每路LED供电。这种方式，组合灵活,一路LED故障，不影响其他LED的工作，但成本会略高一点。另一种是直接恒流供电也就是“中科慧宝“改采用的驱动方式，LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点，但灵活性差，还要解决某个LED故障，不影响其他LED运行的问题。这两种形式，在一段时间内并存。多路恒流输出供电方式，在成本和性能方面会较好。也许是以后的主流方向。 l 准谐振原理 准谐振变换的原理是降低拓扑中电源开关的导通损耗，一般的反激式开关电源其MOSFET开通关断时间固定，工作在固定频率。如图1所示，我们可以看到在磁复位的过程中，由于变压器电感和功率管上寄生电容存在，使得开关管上的压降存在振荡。但是可以发现电压振荡曲线中的A点，就是MOSFET漏源电压的第一个最小值(或称谷值)，如果我们在这个时候让MOSFET管开通，那么导通的电流尖峰将会最小。在某些条件下，甚至可以获得零电压开关(ZVS)。通过调节改变电源的工作频率来进行，不管当时负载或线路电压是多少，MOSFET始终保持在谷底的时候导通。与反激式转换器的不连续工作模式及连续工作模式相比，准谐振开关提供的导通损耗更低，因此能够提高效率和降低器件温度。2.准谐振反激变换器控制IC-NCP1337 NCP1337 采用标准电流模式架构，关闭时间取决于峰值电流设置点,而内核复位检测则触发启动事件。该器件是要求极少元件数应用的理想选择，尤其是低成本的 ac-dc 适配器、消费类电子产品、笔记本电脑适配器、LCD 显示器电源、LCD 电视电源等应用。准谐振工作：不管工作条件如何，都能确保谷底开关操作，这主要是内部无线圈去磁检测电路发挥的作用。动态自供电 (DSS)：由于采用了超高电压集成电路 (VHVIC) 技术，安森美半导体的 NCP1337 能与高压 DC 轨的直接引脚连接。动态电流源为电容充电，并提供完全独立的 Vcc电平。因此，低能耗应用不需要任何辅助绕组供电给控制器。cc过电流保护 (OCP)：当反馈电压在最大值时，NCP1337会检测到故障。如果故障持续超过 80 ms， NCP1337 将进入自动恢复的软脉冲模式。所有脉冲将停止，Vcc电容放电，电压降至 5.0 V。随后，通过监控 Vcc电平，启动电流源启动 ON 与 OFF，从而产生脉冲模式。电流源启动两次后，控制器尝试再次启动，软启动时间为 4 ms。过压保护 (OVP)：通过持续监控 Vcc 电压电平，NCP1337检测到过压情况时即停止开关操作。 输入欠压检测（BO）：通过监控正常工作下引脚 1 上的电平，控制器可保护 SMPS 不受主电源过低的影响。如果引脚 1 电平降至低于 500 mV，控制器将停止脉冲，直到电压回升到适当高度再重新工作。过载补偿 (OPC)：内部电流源从引脚 3（CS 引脚）注入与引脚 1 上电压匹配的电流。该电压反映了输入电压的大小，我们插入与引脚 3 串联的电阻，就能在电流感应信号上形成补偿输入电压差异的偏置。外部锁存跳闸点：从外部给引脚 1 强加上大于 3 V 而低于 5 V 的电平（比如以温度感应器的信号），就可能禁用控制器的输出。如果电压强制高于 5 V，那么 IC 将永久锁死。欲恢复正常工作，Vcc 电压须降至 4 V 以下，要拔掉 SMPS 与电源的连接。 待机功能：在轻载下，NCP1337 进入软波纹模式：当 CS 设置点比最大峰值电流低 20% 时，输出脉冲停止，当 FB 回路强制设置点高于 25% 时，开关转换又重新开始。当这种情况出现在低峰值电流、软启动、TOFF 被钳位时，即使采用低成本的变压器也能无噪声工作。 在NCPl337中有两个重要特征，其一、用软跳周期技术来控制峰值电流并去除一些开关脉冲，从而控制开关损耗，进而实现空载、轻载状态下的卓越高效性能。并能在变压器进入跳周期工作时有效去除噪声。其二、为了保证任何时候都能在谷底值开通，实现准谐振工作方式，使用了无线圈去磁检测技术。 21 软跳周期技术 在轻载下或待机工作模式时，NCPl337进入软跳周期模式：当FB设置点比最大峰值电流低20%时(Ucs在100mV)，输出脉冲停止。当FB回路强制设置点高于25(Ucs在130mV)时，开关转换又重新开始，而且每次启动都内部软化，即软启动，使得频率不会低于25kHz，当这种情况出现在低峰值电流、软启动、TOFF被钳位时，即使采用低成本的变压器也能无噪声工作。如图3所示。22 无线圈去磁检测技术 为了得到准谐振工作模式，最佳点应对应于漏极电压的“谷点”，同时这也对应于总漏极电容的最低能量存储点。安森美半导体的特定功率MOSFET驱动器，混合MOS与双极机制检测负门电流，使负门电流不通过底端传导，而通过正VCC电压的路径传导。这样，检测到的电流会从VCC通过很简单的补偿机制流向门极，形成了有源负电压钳位。因此，负门电流能转化为便于处理的正电流。随后，简单的比较器可检测零电流门极交叉，进而提供“谷点”信号。因此不需要变压器辅助绕组电压等任何外部信号就能自动检测功率开关管漏极的谷底电压，使电路设计更为简单。3.LED驱动电源PWM调光技术 LED驱动电路常用的调光方式可分为两种：模拟调光和PWM方式。因为LED的亮度主要受正向电流的影响，与正向电流密度成正向变化的关系。以上两种调光方式都是通过改变流过LED的平均电流来改变它的亮度。模拟调光：这种方式通过连续的方式线性调节流过LED的电流，来改变灯的发光亮度，可在较大范围内调节LED的亮度。PWM调光：通过在单位时间内反复地接通和断开LED电流来调节发光亮度，开关频率一般要高于100Hz,以便这个脉冲电流不易被人眼察觉到。流过LED的平均电流I与占空比D是线性比例关系。 HX3143是采用降压拓扑结构的一个LED恒流驱动器，输入电压范围可从420V，ILED从10mA1.2A可调，可驱动单个或多个LED串，LED的电流等于流过电感的电流，该电路随着VIN电压的升高，通过监控CS引脚的电压来调节流经LED、L、R2的电流脉冲的占空比使得LED的电流恒定在设定值。 PWM控制是降低LED光线输出的最佳方法。这种控制方法可在保持控高效工作的同时，提供一个相对稳定的颜色输出。在衡量调光质量方面，对比度CR是一个重要的指标，数值越大，表示光线输出的控制越精准。现今，有些驱动电路制造商声称其产品的调光频率可以高至开关频