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LED光源作為一種新型綠色光源，由于其具有耗電量低、壽命長、反應速度快、高效節能等優點，已被越來越廣泛的應用。在同樣亮度下，LED光源耗電量僅為普通白熾燈的十分之一，而壽命卻可以延長100倍。但其壽命很大程度上決定于驅動電源，因此一種可靠的、轉換效率高的、壽命長的LED驅動電源對于LED光源至關重要。 本文設計了一種LED光源驅動電路，介紹了設計原理和方法，采用電壓和電流雙環反饋，能夠輸出恒定的電壓和電流，并且具有開環保護負載的功能，能有效提高LED光源的使用壽命。 1芯片介紹 本設計采用TNY279電源芯片作為開關電源的控制芯片，TNY279電源芯片在一個器件上集成了一個700V高壓MOSFET開關和一個電源控制器，與普通的PWM控制器不同，它使用簡單的開/關控制方式來穩定輸出電壓。控制器包括一個振蕩器、使能電路、限流狀態調節器、5.8V穩壓器、欠電壓即過電壓電路、限流選擇電路、過熱保護、電流限流保護、前沿消隱電路。該芯片具有自動重啟、自動調整開關周期導通時間及頻率抖動等功能。 2電路的工作原理分析 電源的核心部分采用反激式變換器，結構簡單，易于實現。整體設計電路圖如圖1. 圖1電源整體設計電路 2.1輸入整流濾波電路 考慮到成本、體積等因素，改善諧波采用無源功率因數校正電路，主要是通過改善輸入整流濾波電容的導通角方式來實現。具體方法是在交流進線端和整流橋之間串聯電感，如圖1所示C1、C2、L1、L2組成一個π型電磁干擾濾波器，并使用填谷電路填平電路，減小總諧波失真。填谷電路由D1、D2、、D3、C3、C4、R3組成，限制50Hz交流電流的3次諧波和5次諧波。 經整流及濾波的直流輸入電壓被加到T1的初級繞組上。U1(TNY279)中集成的MOSFET驅動變壓器初級的另一側。二極管D4、C5、R6組成鉗位電路，將漏極的漏感關斷電壓尖峰控制在安全值范圍以內。齊納二極管箝位及并聯RC的結合使用不但優化了EMI，而且更有效率。 2.2高頻變壓器設計 TNY279完全可以自供電的，但是使用偏置繞組，可以實現輸出過壓保護，在反饋出現開環故障時能夠保護負載，有效地減少對LED光源的產生的損害，在本設計中采用偏置繞組，如圖1，同時可由更低的偏置電壓向芯片供電，抑制了內部高壓電流源供電，在空載時功耗可降低到40MW以下。Y電容可降低電磁干擾。 2.3反饋電路設計 次級采用恒流恒壓雙環控制。NCS1002是一款恒流恒壓次級端控制器。如圖2所示，它的內部集成了一個2.5V的基準和兩個高精度的運放。 圖2 NCS1002芯片內部結構 電壓基準和運放1是電壓控制環路的核心。運放2則是一個獨立運放，用于電流控制。在本設計中，電壓控制環路用于保證輸出電壓的穩定，電流反饋控制環路檢測LED平均電流，即電路中R17上的電流，將其轉換成電壓和2.5V基準比較，并將誤差反饋到TNY279中來調整導通。 具體的工作原理是：NCS1002調節輸出的電壓值，當輸出電壓超過設定電壓值時，電流流向光耦LED，從而下拉光耦中晶體管的電流。當電流超過TNY279的使能引腳的閾值電流時，將抑制下一個周期，當下降的電壓小于反饋閾值時，會使能一個開關周期，通過調節使能周期的數量，對輸出電壓進行調節，同樣，當通過檢測到R16上的電流即輸出電流大于設定的值時，電流通過另一個二極管下拉光耦LED中晶體管的電流，達到抑制TNY279的下一個周期的目的，當輸出電流小于設定電流時會使能一個開關周期，通過這樣的反饋調節機制，能使得輸出的電壓和電流都處于穩定的狀態。 當反饋電路出現故障時，即在開環故障時，偏置電壓超過D9與旁路/多功能引腳電壓時，電流流向BP/M引腳。當此電流超過ISD(關斷電流)時TNY279的內部鎖存關斷電路將被激活，從而保護負載。由于使用了偏置繞組將電流送入BP/M引腳，抑制了內部高電壓電流源，這樣的連接方式將265VAC輸入時的空載功耗降低到40MW有效的降低功耗。 3電路的參數 3.1輸入輸出參數 輸入電壓(AC)：85～265 V 頻率：50Hz 輸出電壓：12V 輸出電流：1.67A 輸出功率：20W 3.2變壓器參數計算 在最低電網電壓為85V時，最小的直流輸入電壓V MIN，可通過下式計算： 3.3變壓器的繞制 圖3變壓的初級、次級和偏置繞組的繞制示意圖。 初級繞組以引腳2作為起始引腳，繞85圈(x1線)，在2層中從左向右。在第1層結束時，繼續從右向左繞下一層。在最后一層上，使繞組均勻分布在整個骨架上。以引腳1作為結束引腳，添加1層膠帶以進行絕緣。 偏置繞組以引腳4作為起始引腳，繞9圈(x 2線)。沿與初級繞組相同的旋轉方向進行繞制。使繞組均勻分布在整個骨架上。以引腳3作為結束引腳，添加3層膠帶以進行絕緣。 次級繞組以引腳7作為起始引腳，繞8圈(x 2線)。使繞組均勻分布在整個骨架上。沿與初級繞組相同的旋轉方向進行繞制。以引腳6作為結束引腳，添加2層膠帶以進行絕緣。 4結論 設計了一種基于TNY279的大功率LED驅動電源電路，分析了其工作原理和設計方法，反饋環節采用恒壓恒流雙環的設計，保證輸出電壓和輸出電流的恒定，同時在開環故障下能夠自動關閉，保護負載，有效的減少了對LED光源的損害，提高LED的使用壽命。同時轉換效率也在83%以上，并滿足國際標準中對諧波含量的要求。經驗證電路能夠輸出預期的效果。 |
