LED路灯驱动电源设计

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1、LED路灯驱动电源设计摘 要：目前LED路灯驱动电源存在着输出功率低、转换效率差、功率因数不高、抗浪涌能力差、输出特性不稳定及可靠性差等问题，严重制约了LED路灯的推广使用，本文针对以上问题完成了LED路灯驱动电源的设计与优化。首先根据用户提出的技术指标，提出了采用隔离变压器、PFC控制实现开关电源，输出恒压恒流的电压的驱动电源总体设计方案。在参数设计中，采用EMI滤波电路防止电网上的谐波干扰串入模块；PWM控制电路采用电压电流双环控制；反馈网络采用恒流恒压器件TSM101和比较器，反馈信号通过光耦送给PFC器L6561。在此基础上，研究了驱动电源的热分布和电磁兼容性问题，并进行了

2、优化，提高了驱动电源的可靠性。关键词：LED；功率因素校正；驱动电源；PWM1        引言照明是人类消耗能源的一个重要方面，据研究统计，若使用固态LED光源代替传统的白炽灯和荧光灯照明，将节约全球照明能耗的50%以上，有助于缓解当前越来越紧迫的能源和环境问题。城市道路照明是重要的LED应用领域，LED路灯照明装置能否实际应用推广的关键因素之一是其驱动电源的优劣。LED路灯驱动电源需要较高的输出功率，工作环境较为复杂，要求有较高的电磁兼容性，且由于LED本身的寿命很长，驱动电源的可靠性也被要求与之匹配。现阶段，市场上的LED路灯驱动电源大多无法满足以上要求。针对这个问题，设计

3、恒压恒流驱动电源，以满足LED路灯的实际应用条件。2        工作原理本设计采用隔离变压器、PFC控制实现的开关电源，输出恒压恒流的电压，驱动LED路灯。LED抗浪涌的能力是比较差的，特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护也很重要。LED路灯装在户外更要加强浪涌防护。由于电网负载的启甩和雷击的感应，从电网系统会侵入各种浪涌，有些浪涌会导致LED的损坏。因此LED驱动电源应具有抑制浪涌侵入，保护LED不被损坏的能力。EMI滤波电路主要防止电网上的谐波干扰串入模块，影响控制电路的正常工作。三相交流电经过全桥整流后变成脉动的直流在滤波电容和电感的作用下，输出直流电压。主开关DC/A

4、C电路将直流电转换为高频脉冲电压在变压器的次级输出。变压器输出的高频脉冲经过高频整流、LC滤波和EMI滤波，输出LED路灯需要的直流电源。PWM控制电路采用电压电流双环控制，以实现对输出电压的调整和输出电流的限制。反馈网络采用恒流恒压器件TSM101和比较器，反馈信号通过光耦送给PFC器L6561。由于使用了PFC器件使模块的功率因数达到0.98。驱动电源的工作原理如图1所示：3        DC/DC变换器DC/DC变换器的类型有多种，为了保证用电安全，本设计方案选为隔离式。隔离式DC/DC变换形式又可进一步细分为正激式、反激式、半桥式、全桥式和推挽式等。其中，半桥式、全桥式和

5、推挽式通常用于大功率输出场合，其激励电路复杂，实现起来较困难；而正激式和反激式电路则简单易行，但由于反激式比正激式更适应输入电压有变化的情况，且本电源系统中PFC输出电压会发生较大的变化，故DC/DC变换采用反激方式，有利于确保输出电压稳定不变。单端反激式变换器具有使用元器件少、本身固有频率比较高的特点，适合功率低于150W的应用，该变换器是Boost-Buck变换器的变形，同时具有隔离和变压的作用。在反激式拓扑中，由变压器作为储能元件。开关管导通时，变压器储存能量，负载电流由输出滤波电容提供；开关管关断时，变压器将储存的能量传送到负载和输出滤波电容，以补偿电容单独提供负载电流时消

6、耗的能量。单端反激式变换器有两种不同的工作模式，分别是连续工作模式(CCM)和断续工作模式(DCM)。在CCM下，变压器电流连续，电流峰值较小，输出电压纹波较小；但整流二极管强行关断会引起较大损耗，并产生一定的电磁串扰，其适合于功率较大的场合。在DCM下，整流二极管自然关断，其损耗较小；但变压器电流断续，电流峰值较大，输出的纹波较大，其适合于功率较小的场合。本驱动电源输出功率较高，因此采用CCM模式。单端反激DC/DC变换器的变压器承担着储能、变压和传递能量等工作，是决定电路性能的关键元件。4        恒流、恒压原理本设计使用恒流恒压控制器件TSM101调节输出电压和电流，使

7、之稳定。通过TSM101的控制作用，保证了电源恒流(CC)和恒压(CV)工作。隔离变压器经过双二极管和电解电容器滤波的电压，再经电感和电容滤波后的输出为电源模块的输出电压，直接加在LED路灯上。两个可调电阻器分别调节输出电压和电流的大小。采样电阻分别对电源输出的电压和电流进行采样。TMS101的输出TOUT通过光电耦合器、可控硅和三极管等电路送到L6561的引脚5，通过反馈电路实现恒流控制。输出端的采样电阻两端的电压信号送到比较器LM258，通过与预设电压进行比较，产