參賽類型：LED電源類

一種 100 W  LED路燈驅(qū)動電源設計 

摘 要 ：設計了一種恒流型 100 W  LED 路燈驅(qū)動電源。該電源采用反激拓撲輸入220 V/50 Hz的交流電，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的恒流輸出，開路狀態(tài)下具有限壓保護功能。與傳統(tǒng)的LED驅(qū)動電源相比，該電源兼顧了高效率和功率因數(shù)，同時簡化了電路結(jié)構(gòu)，降低了成本 。在此對該驅(qū)動電源的電路進行簡要介紹，分析了恒流原理，同時闡述了變壓器的設計方法，最后搭建的樣機滿載效率達到功率因數(shù)達到85% 以上，帶燈后恒流輸出電流3 A，紋波小于60 mA 。

1、引言：LED照明登以其獨特的優(yōu)點（壽命長、節(jié)能、亮度高）深受人們的親睞，并迅速發(fā)展成為一個行業(yè)。傳統(tǒng)的LED驅(qū)動電源實現(xiàn)電壓變換、功率因數(shù)校正和LED亮度調(diào)節(jié)需要2變換電路，存在效率低、諧波大和造價高等缺點。

目前的LED驅(qū)動電源主要有線性穩(wěn)壓源、開關(guān)穩(wěn)壓源、開關(guān)恒流源。線性穩(wěn)壓源的優(yōu)點是電路簡單，成本很低，缺點是效率低、溫升高、體積大：開關(guān)恒流源的優(yōu)點是效率高、體積小、LED亮度穩(wěn)定，缺點是對元器件要求高。開關(guān)恒流源又分為反激電源和諧振電源，諧振電源效率相對較高，但成本也較大。但是作為路燈照明電路，要求是：適應惡劣環(huán)境，穩(wěn)定高，簡單。無閃爍等。因為電路功率較大，整體亮度高，但對LED并聯(lián)的亮度一致性要求不高，采用反激式結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源不失為最佳選擇。

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 

為了減少電網(wǎng)諧波，傳統(tǒng)大功率 LED驅(qū)動電源一般由 APFC+DC/DC變換器構(gòu)成通常這樣的兩級結(jié)構(gòu)效率不超過 85% ，同時成本也會增加 。因此采用無源PFC反激變換拓撲，結(jié)構(gòu)如圖1。

EMI濾波采用的是標準的電感電容連接的方式，抑制了交流電網(wǎng)的的高頻干擾和電源對交流電網(wǎng)的干擾。PFC電路輸出的能量經(jīng)高頻變壓器輸出給次級電路。功率MOSFET的選取需要考慮功率管的耐壓及變壓器的初級電流。

該LED 的驅(qū)動采用電流模式PWM控制器UC3843A作為主控芯片，。主拓撲采用反激式結(jié)構(gòu)變換拓撲，通過控制開關(guān)管的的開段，將變壓器儲存的能量傳送到負載和輸出濾波電容。

3    設計原理     

3.1   反激變換原理   

該設計采用圖2的原理。其工作原理是：開關(guān)管導通時，變壓器儲存能量，負載有輸出濾波電流提供；開關(guān)管關(guān)斷時，變壓器將儲存的能量傳送到負載和輸出濾波電容，以補償電容提供給負載電流是消耗的能量。

 3.2    變壓器設計 

變壓器的設計是驅(qū)動電源設計的關(guān)鍵 ，首先 取 整 流 橋 后 的 低 頻 紋 波 為 20 V ，則 最 低 輸 入 直 流電壓 U dcmin = 2 ^(1/2) U -20 。 設  Uo  為設計要求的輸出直 流 電 壓 ，f為 功 率 管 開 關(guān) 頻 率 ，Ae為 磁 芯 截面積 ，根據(jù)變壓器磁芯的伏秒數(shù)守恒 可得 ： 

一般去Bmax=0.2T，得到Np，聯(lián)合2式得到Ns。

定義 CCM 下的連續(xù)深度 K =0.6 ，即斜坡電流與 峰值電流的比值 ，一個周期電流的平均 值為 ：

由上述得到了初級、次級電流有效值，以此來確定線圈的線徑。初級勵磁電感Lp=UminTon/（KIp），根據(jù)安 培環(huán)路定理有 ：

至此實現(xiàn)了高頻變壓器的設計。

3.3、 恒流設計

由TSM101C來實現(xiàn)。 TSM101C包含1.2V的帶隙電壓基準源、兩個集成運放以及一個電流源，分別將環(huán)路電壓采樣和電流采樣信號與內(nèi)部的參考值進行比 較。通過誤差放大器輸出一個反饋信號，經(jīng)過光耦傳遞給初級的PWM控制器UC3843A,控制開關(guān)的導通時間，進而實現(xiàn)了精確的電壓調(diào)節(jié)和電流限制。

參考文獻

蔣孝平 PFC在LED照明電源中的應用研究

劉奧 路燈電路驅(qū)動電源設計

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