LED照明驱动开关电源方案设计书9

1、封面作者：PanHongliang仅供个人学习LED 照明驱动开关电源设计摘要LED 照明驱动设计了恒流输出、空载保护、隔离输出及EMC 等功能。系应用于 LED 照明驱动的开关电源电路。采用 PWM 自动调节实现恒流输出，稳压 管过压锁定实现空载保护，电磁隔离和光隔离实现隔离输出。经过多次的运行 与检测，实践证明该电路恒流输出稳定，发热量低。本设计体积小，微调反馈电路可设置作为为 LED 驱动常用的 350mA 或 700mA 恒流输出。可广泛适用于生 活照明，商用照明。关键词：LED 驱动电源；发热低；恒流；隔离；低成本目录1 概述 11.1 选题的目的与意义 11.2 研究现状 11.3

2、 系统性能指标 11.4 系统组成及设计思路 21.5 总体功能描述 32 硬件电路的设计42.1 电路设计 42.2 磁路设计 8参考文献 10致谢 10附录 101概述1.1 选题的目的与意义：全球能源紧张，提高电器的效率是行之有效的方法。照明用电占据全球21%的总用 电量，如果能提高照明用的的效率，可以有效缓解能源紧张。如何提高照明系统的能源 利用率，延长照明系统的寿命，并且是绿色无污染的？取代白炽灯，荧光灯，节能灯的 第四代照明灯具是什么？业界给出的答案就是LED灯照明。LED照明每W流明数可达 到120lm。远高于白炽灯和日光灯，此外LED灯珠寿命可长达十万小时，并且绿色无污 染。L

3、ED照明具备的这些优点决定了其应用前景是非常广阔的。LED照明应用上的限制 在于LED有固定的正向压降，电流也有上限（工作电流是影响LED寿命的主要因素）。 大功率白光LED上的正向压降一般为3-4V，不能直接使用市电驱动。因此一个和LED灯珠匹配的高效，环保，长寿命的电源是必须的，这正是这次选题的意义与目的所在。1.2 研究现状开关电源的技术已经非常成熟，由于LED驱动的降压技术大部分采用开关电源。因 此即使是LED驱动电源真正进入研究的时间不算长，却无碍其技术的成熟。LED驱动要 求的技术特点是：寿命长，体积小（特别商用照明和家用照明，最好可以内嵌到灯 头）。众所周知，绝大部分开关电源都需

4、要一个输出滤波的电解电容，即使高品质的电解电容，工作在100摄氏度左右，寿命也只有1Wh左右。毫无疑问，电解电容正是LED灯 整体寿命的瓶颈。而内嵌式驱动板上的电解电容，由于LED的发热以及驱动板本身的发 热，长期在高温工作，更使电解电容寿命减短。目前已经有集成电路，无需输出电解电 容，仅需几个外围就能直接驱动LED发光。这使得LED照明的长寿命的特点确实得到保 障。另外一点，限制LED灯 寿命是工作时的温度，目前台湾某技术机构解决方法为，使LED灯珠像一个灯一样可拔插，使LED灯成为可维护产品。 除了技术上的创新外，还有组合上的创新，例如加入调光技术（模拟调光，数字调 光，Triac调光）；

5、用三色LED组成色光可调制系统；采用频率抖动技术减少EMI；加入功率因数校正电路等1. 3 系统性能指标：1、 主输出最大输出功率为 14W 辅助输出为 0.5W,总输出小于 15V；2、输出电流为恒定 350mA；3、最大输出电压为 40V；4、满负荷下转换效率大于 85%；5、负载为 350mA 寸最大纹波为 5mV6、因为没有添加功率因数模块，因此 PF 值最低仅为 0.45 左右；7、最少可以接一个 1W 的高亮度 LED 最多可以驱动 12 个 1W 的高亮度 LED（全功率输出时 TNY28C 应添加散热片）01.4 系统组成及设计思路：1 设计思路：考虑到家庭常用的是 5X1W

6、或 6X1W 商用照明常用的是 1X1W 到 12X1W本设计采用恒流输出，输出电压随负载大小自动调节的适用广泛的设 计。考虑到国内采用 50HZ 220V 的供电系统，而美国、欧洲、日本居民用电 从110V-240V 不等，再考虑到网压10%勺波动，系统把输入放宽到从85V-265V。本着设计一款符合社会要求的真正节能、节钱、长寿的LED 驱动电源的思想。在能效转换和产品成本上作出折中的选择，转换效率要求在75%上；元件选择尽可能采用了常见型号， 满足要求的情况下，尽可能采用国产的元器 件（例如采用常用的 1N4007,1N4148, PI 公司的 TinySwitch-川系列， 电容采 用

7、国产的 BHAJwco）。对于批量生产，能有效降低成本，使LED 照明更容易走进人民生活。2 系统组成：系统框图如图示此图为PI软件设计出的参考框图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n型滤波器整流，采 用了 PI 公司的 TinySwich-川系列中功率容量最大的 TNY280 作为开关控制 IC，米用 EE19 磁芯实现初次级隔离，米用双路输出实现运放的独立供电，米 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。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-ESF 可接受的普通电解电容降低电

8、容温升。1. 5 总体功能描述：1、实现隔离输出（1）变压器 T1 提供隔离，储能，变压的功能。使用高频变压器，初次级 能量传输通道为磁通道，实现隔离。（2）光耦 817B 提供隔离、反馈功能。使用光耦合器，次级反馈信号传输 通道为光通道，实现隔离。（3）初次级用安规电容 CT7 实现静电释放，防止静电堆积引起的高压打 火。同时该电容值较小，次级不会造成触摸电击。2、实现 LED 恒流，实现过压保护（1）次级采用 LM358 双运放实现恒流和过压保护。LED 升高伏安特性随温 度左移（如图 1.1 ）。假设驱动为恒定电压 V2 （如图 1.2 ），工作中灯珠温度 从 T1 到达T2,流经灯珠的

9、电流明显增大，电流增大又导致温度升高，如此恶性 循环，最后势必烧毁灯珠。解决办法有两个，一是恒压驱动的同时串接一个电 阻在输出回路（如图 1.3 ），当 LED 灯珠由于温度升高而导致电流增大时，串 接的电阻压降增大，LED 端电压得以降低，起到对 LED 的保护作用。但是这种 方法将在串联电阻处耗散一定功率，降低整个电路转换效率，有悖设计初衷。 因此，不采用这种方式。最理想的方法是采用整体的思想，通过控制开关 IC 的占空比调节输出电 压，控制次级始终输出恒定电流。本设计正是采用此方案。图1.1图1. 2图1. 32硬件电路的设计2.1 电路设计电路原理图如图 2.1 所示。图2.1用 PI

10、 公司的软件 PI Expert 7 设计出电路框图如图 2.2。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 TNY28Q 目的是使得 整个电路发热量减少，更加稳定，以适应各种恶劣的工作环境。改为仅采用一个 0.1 卩的 X 电容作为差模抑制，把单电容滤波改为n型滤波。此外改动较大的是反馈回路，如果只采用 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

11、率下降。因此 本设计采用 SOP 封装的双运放 LM358 可实现高精度（变化小于 2%的恒流控 制，稳妥的过压保护。电流取样电阻可改为小至0.5Q（为减小体积，用两个 1Q电阻并联）的高精度（误差值为 1%金属膜电阻。先看运放 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2.31、运放 358 的 A 部分：通过 0.5Q（两个 1Q的并联，阻值应尽量减少，以提高效率）的金属膜高精度 电阻串

12、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（也就是电压比较器 B 同相端输入电压） 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 （运放 358 的 B 部分）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。假设某种原因导致输出电流过大，则比较器 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 TNY28

13、0 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。2、过压保护主要由电压比较器 B 实现：空载时，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。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

14、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2.42.2 磁路设计变压器也采用 PI 公司提供的 PI Expert 7 作为参考，如图 2.5 。 PI 公司提 供的建议是采用 EE19 磁芯，磁芯面积 Ae 为 23.00mn2, 132KHZ 的工作频率下， 磁芯功率裕量应该 留大点， 降低占空 比，以减少 磁芯发 热，因此改 用了 EE20/20/5 磁芯，磁芯面积 Ae 值为 31.00mn2。由于 PI 公司提供的库文件当中没有 EE20/20/5 磁芯，因此设

15、计时参考 Ae 值与EE20/20/5 相近的 EF20( Ae 值为 32mm2)， 匝数比也完全参照 PI Expert 7 提供的 EF20的设计。增大磁芯的面积，根据 dB= ( Edtx10) / ( NAe)，为 保持 dB 不变，则 N 应当减少，这就是为什么初次级匝数有所改变。此外，匝数减少了，为保证利用更广的磁滞回线，气隙长度也相应减少了，本设计采用软件给出的气隙为 0.153mm 的建议。图2.5参考文献1、 TNY280PN pdf 资料 PI 公司网站 提供2、开关电源设计第二版 . AbrahamI.Pressman 著 王志强 等译3、电子技术基础第四版 .康华光著

16、4、电路第四版.邱关源著5、信号与系统考研教案.范世贵王崇斌编著6、EM（设计工程实务.马永健编著7、Altium desig ner 完全电路设计. 张义和8、开关电源中的磁性元器件.赵修科 主编9、大学物理之安培环路定理.百度文库10、反激式变压器设计.侯本彪11、电源反馈设计速成编 .来自电源网12、德州仪器系统电源解决方案.TI 公司论坛13、SMTT艺质量控制.贾忠和致谢在此我想特别感谢教授我专业知识的各科老师，这些基础知识对我这次毕 业设计和我将来就业都有莫大的帮助。感谢教授我们高等数学、电路分析、模 拟电子技术、信号与系统、自动控制理论、EDA 技术的各科老师。还有指导我校内实习

17、作品的李豪彦老师。正是有你们的悉心教导，我才能掌握电子技术的 基础知识；完成这个毕业设计，绝大部分知识都在你们教授的课程里边。你们 言无不尽的传授，令我温习一下那些知识就可以拿出来用。特别感谢指导我毕 业设计的王立功老师，正是他给了我们选题最大的自由度，能让我们选取最能 突出自己长处的选题；毕业设计完全是在我们乐在其中的过程完成的版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理。版权为潘宏亮个人所有This article in eludes some parts, in cludi ng text, pictures, and design. Copyright is Pan

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