大功率LED驱动电源器设计

1、大功率LED驱动设计驱动设计 综 述 近年来，大功率发光二极管（近年来，大功率发光二极管（LEDLED）以其高光效、高可靠性、长）以其高光效、高可靠性、长寿命和无辐射的优点，在信号显示和显像等领域获得了越来越广泛寿命和无辐射的优点，在信号显示和显像等领域获得了越来越广泛的应用。大功率的应用。大功率LED LED 的问世又极大地拓展了的问世又极大地拓展了LED LED 的应用领域，并被的应用领域，并被视为一种可能取代白炽灯、荧光灯等传统光源的新型光源，这使得视为一种可能取代白炽灯、荧光灯等传统光源的新型光源，这使得设计大功率设计大功率LED LED 照明驱动电路显得十分有必要。在分析大功率照明驱

2、动电路显得十分有必要。在分析大功率LED LED 用恒流驱动必要性的基础上，设计了一种利用高频开关变换器实现用恒流驱动必要性的基础上，设计了一种利用高频开关变换器实现的恒流电源，用于大功率的恒流电源，用于大功率LED LED 的驱动。的驱动。 大功率发光二极管（大功率发光二极管（Light Emitting DiodeLight Emitting Diode，简称，简称LEDLED）是一种）是一种可取代传统光源的新型光源，适合采用恒流驱动方式。可取代传统光源的新型光源，适合采用恒流驱动方式。 本文设计了一种由本文设计了一种由220 V/50 Hz 220 V/50 Hz 交流电供电的单端反激恒

3、流源交流电供电的单端反激恒流源电路，对该恒流源电路进行了概要介绍，分析了电路的恒流原理并电路，对该恒流源电路进行了概要介绍，分析了电路的恒流原理并设计了反馈回路。该恒流源可为大功率设计了反馈回路。该恒流源可为大功率LED LED 提供恒定的电流，具有提供恒定的电流，具有开路过压，欠压保护功能，更重要的是具有很高的转换效率和功率开路过压，欠压保护功能，更重要的是具有很高的转换效率和功率因素矫正。满足对大功率因素矫正。满足对大功率LEDLED的驱动要求。实验结果表明，采用该的驱动要求。实验结果表明，采用该单端反激恒流源可驱动大功率单端反激恒流源可驱动大功率LEDLED。第一章 概述 1.1 LED

4、1.1 LED的发光原理的发光原理 LEDLED（Light Emitting DiodeLight Emitting Diode）是一种固态的半导）是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。体器件，它可以直接把电转化为光。如图如图是一个草帽是一个草帽二极管的结构图：二极管的结构图： LEDLED的心脏是一个或多个半导体的晶片，晶片是由的心脏是一个或多个半导体的晶片，晶片是由-族化合物，如族化合物，如GaAsGaAs（ 砷化镓）、砷化镓）、GaPGaP（磷化镓）、（磷化镓）、GaAsPGaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，半导体晶片由两（磷砷化镓）等半导体制成的，半导体晶片由两部分组成，

5、一部分是部分组成，一部分是P P型半导体，另一端是型半导体，另一端是N N型半导体。型半导体。这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个p pn n结。当正向电流通过导线作用于这个晶片的时候，电结。当正向电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向子就会被推向P P区，在区，在P P区里电子跟空穴复合就会发出区里电子跟空穴复合就会发出可见光、紫外光或近红外光，这就是可见光、紫外光或近红外光，这就是LEDLED发光的原理。发光的原理。但不是芯片产生的所有光都可以发射出来，能发射出但不是芯片产生的所有光都可以发射出来，能发射出多少光，取决于半导

6、体材料的质量、芯片结构、几何多少光，取决于半导体材料的质量、芯片结构、几何形状、封装内部材料与包封材料。形状、封装内部材料与包封材料。1.1.2 2 LED LED的发展及应用的发展及应用 广泛应用于各种室内、户外显示屏以及交通信号、汽车工业用广泛应用于各种室内、户外显示屏以及交通信号、汽车工业用灯。灯。 LEDLED由于耗电量较低，取代冷阴极灯管成为背光源主流由于耗电量较低，取代冷阴极灯管成为背光源主流。 LEDLED照明光源越来越受到全社会及普通家庭的喜爱照明光源越来越受到全社会及普通家庭的喜爱。 1.3 1.3 本设计要求本设计要求 本设计将利用恩智浦公司的本设计将利用恩智浦公司的SSL

7、1750SSL1750芯片设计一款开关电源，实现芯片设计一款开关电源，实现56V56V到到82V82V电压的输出，具体要求：电压的输出，具体要求：输入电压：输入电压为交流输入电压：输入电压为交流220V220V，输入电压范围为，输入电压范围为220V240V220V240V输出电压：直流输出电压：直流56V82V56V82V输出电流：输出电流：1000mA1000mA转换效率：转换效率： 85% 85%功率因素：功率因素： 0.95 0.95第二章第二章 基于基于SSL1750SSL1750的大功率的大功率LEDLED驱动设计驱动设计2.1 2.1 总体电路：总体电路：2.2.2 SSL175

8、02.2.2 SSL1750芯片芯片主要特性主要特性集成集成PFCPFC和反激式控制器。和反激式控制器。 通用电源供应运作高层在一个非常低的外部元件数量和成本通用电源供应运作高层在一个非常低的外部元件数量和成本产生的融合有效设计环保设施。产生的融合有效设计环保设施。 片内启动电流源片内启动电流源保护功能保护功能: 1.: 1.安全重新启动系统故障模式。安全重新启动系统故障模式。 2.2.通过退磁检测通过退磁检测手段为连续模式保护。手段为连续模式保护。 3.3.欠压保护（折返超负荷）欠压保护（折返超负荷） 4.4.精确的精确的过压保护（过压保护（OVPOVP），为转换器（可调激转换器），为打开控

9、制），为转换器（可调激转换器），为打开控制回路保护器。回路保护器。5.5.芯片过热保护芯片过热保护 6.6.低和可调过电流保护（低和可调过电流保护（OCPOCP）为触发电平转换器软（重新）启动两个转换器。为触发电平转换器软（重新）启动两个转换器。7.7.软停止软停止PFCPFC，以减少音频噪声。以减少音频噪声。2.3 SSL1750主要应用主要应用1.1.射灯射灯 2.2.筒灯筒灯 3.3.其他的其他的SSLSSL消费消费/ /工业装置工业装置 4.4.户外户外LEDLED应用应用 5.5.路灯路灯 6.6.区照明（如停车场）区照明（如停车场） 7.7.隧道照明隧道照明 图图1 SSL1750

10、1 SSL1750外形封装结构图外形封装结构图2.5 2.5 方框图以及典型应用电路方框图以及典型应用电路图图4 SSL17504 SSL1750应用电路应用电路图图 5 5 可控硅相位检测电路可控硅相位检测电路2.62.6重要部分电路分析重要部分电路分析2.6.12.6.1可控硅相位检测电路可控硅相位检测电路可控硅相位检测电路，如图可控硅相位检测电路，如图5 5所所示，检测相位角的可控硅调光器示，检测相位角的可控硅调光器能够控制能够控制电流通过改变参考电压电流通过改变参考电压为电流调节环。又如图为电流调节环。又如图5 5所示，所示，是反馈回路的是反馈回路的反反激激式式控制器。控制器。gamm

11、a曲线是内建有一个线性曲线是内建有一个线性感感知亮度知亮度反应反应。图图 6 6 误差放大器的供电电路误差放大器的供电电路 2.6.2 2.6.2 分压器电路分压器电路为了能使为了能使一个大范围的调光器一个大范围的调光器工作工作，分压电路包括，分压电路包括电路板电路板提提供一个负载的调光器复位定时供一个负载的调光器复位定时器器，并且为，并且为调光器提供闩锁电调光器提供闩锁电流。流。 在图在图7所示的分压电路图。所示的分压电路图。场效应管场效应管v28用作电流源。当前，用作电流源。当前，分压器分压器R65的栅极电压是由通过的栅极电压是由通过设置齐纳二极管来改变的：设置齐纳二极管来改变的：当当vb

12、ridge桥电压低于设定的水平时，如桥电压低于设定的水平时，如R59, R102, R107, R61和和晶体管晶体管V29上的电压上的电压Vbe，分压器电流才会流过。，分压器电流才会流过。图图7 7 分压电路图分压电路图 2.6.3 2.6.3 回扫关闭电路回扫关闭电路在最低亮度设置输在最低亮度设置输入电压的平均值太低入电压的平均值太低而不能进行功率因数而不能进行功率因数校正操作时。功率因校正操作时。功率因数校正变频器关闭，数校正变频器关闭，因此因此ssl1750芯片进入芯片进入初始化，输出电流中初始化，输出电流中断。断。图图8显示电路当输显示电路当输入电压太低时来关闭入电压太低时来关闭回扫

13、控制器防止回扫控制器防止led灯灯闪烁闪烁 图图8 回扫回扫关闭电路关闭电路图图这里：这里：Vbe = 0.63 V Vfw = 0.56 V这驱动板设置为这驱动板设置为Vlow = 165 V rms Vlow = 165 V rms ，Vhigh = 185 V rms.Vhigh = 185 V rms.2.7 2.7 驱动板的特色功能驱动板的特色功能2.7.1 2.7.1 输出电流的调节输出电流的调节 输出电流是感应和（输出电流是感应和（11）检测电阻和与参考电压相比较。）检测电阻和与参考电压相比较。当没有调光器连接，参考电压是这样的：当没有调光器连接，参考电压是这样的：1000mA1

14、000mA电流提供给电流提供给负载输出。当一个调光器连接参考电压将改变。目前，根据负载输出。当一个调光器连接参考电压将改变。目前，根据不同的调光器设置，本可控硅相位检测电路产生此参考电压。不同的调光器设置，本可控硅相位检测电路产生此参考电压。2.7.2 2.7.2 输出低电压保护输出低电压保护输出电压是由检测阈值电压输出电压是由检测阈值电压 Vth(uvlo)Vth(uvlo)与电源与电源VCCVCC的引脚相连的引脚相连接。当电源电压水平低于阈值电压接。当电源电压水平低于阈值电压Vth(uvlo)15 V (Vth(uvlo)15 V ( 1 V) 1 V)时，时，反激式将关闭。电源电压值取决

15、于输出电压。因此，保护将发反激式将关闭。电源电压值取决于输出电压。因此，保护将发挥作用时，有以下关系：挥作用时，有以下关系：所以所以最低总电压的负载最低总电压的负载为为5656V。2.7.2 2.7.2 输出过电压保护输出过电压保护输出电压检测到输出电压检测到fbaux引脚，引脚，该该fbaux引脚引脚相连相连rfbaux到辅助到辅助绕组。绕组。 一一些次要轮流和些次要轮流和naux，他们，他们是一些辅助轮流的变压器值是一些辅助轮流的变压器值，rfbaux的值的值可以调整变压器的匝数比，因此可以调整变压器的匝数比，因此尽尽可能可能准确准确的的检测到过压保护检测到过压保护的的功能功能。 重新启动

16、后产生过压现象时，电源应中断并且重置内部锁存器。重新启动后产生过压现象时，电源应中断并且重置内部锁存器。第三章第三章 驱动板参数测量以及实物展示驱动板参数测量以及实物展示 3.1 3.1 功率因素矫正（功率因素矫正（PFCPFC）由于功率因素矫正控制器板将功率因数在由于功率因素矫正控制器板将功率因数在0.95以上电源为以上电源为230伏伏（交流）（交流）10%。表。表1给出了实际值。测量在满负荷（给出了实际值。测量在满负荷（75瓦）。瓦）。表表1 功率因数与电源电压（功率因数与电源电压（50Hz电源）电源）3.2 3.2 转换效率转换效率在没有调光器，在没有调光器，230230伏左右的交流电源下，驱动板可以达到伏左右的交流电源下，驱动板可以达到85%的效率，的效率，75瓦的输出功率。驱动板的效率在不同的调光级别