高效LED驱动电源方案设计

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1、实用 高效单级变换式LED驱动电源设计方案摘要：无论民用或商用领域，功率100W以下的交流电源都有着巨大的应用需求。由于要兼顾输入谐波电流、功率因数、系统能效等问题，采用临界模式（boundarymode）的AC/DC单级反激式的电源拓扑成为非常完美的小功率直流电源解决方案。它具有高的转换效率，在高端小电源供应器中的应用越来越广泛，特别是在LED照明驱动方面极具优势。文章主要阐释小功率（≤100W）单级AC/DC转换器的原理，分析其正弦调制原理及获得高功率因数、高能效的原因，并探讨了转换器的功能和优点，最后设计了一个采用仙童FAN6961芯片控制的48V输出75W的LED驱动电源，

2、实验验证和批量生产证明本方案设计合理、产品性能稳定、可靠性好，能够有效提高能效、功率因数，避免建筑物内高次谐波电流造成的电源环境污染。　　0引言　　随着全球化石油燃料的日益耗尽，人们正在寻找新的替代能源，可再生能源如：风能、太阳能、生物能源等成为热点。由于可再生能源的开发存在诸多经济、技术风险等不确定因素，所以各国政府都在积极发展LED照明产业，大力推广LED路灯、隧道灯、球泡灯等照明产品的应用研究，倡导产品降低能耗、提高效率、促进节能技术创新等工作。基于LED发光器件的低压特性，LED照明的核心部件LED驱动电源的能效、功率因数、可靠性等性能成为LED光电照明产业能否健康发展亟待

3、解决的关键技术问题。　　中国的国家推荐性标准GB/T24825-2009"LED模块用直流或交流电子控制装置性能要求"中规定：达到能效1级的隔离输出式LED模块控制装置，电源效率应不小于88%（P>25W）；电源产品电磁干扰（EMI）性能应符合国家强制性标准GB17625.1-2003/IEC61000-3-2:2001"电磁兼容限值谐波电流发射限值"和GB17743-2007"电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法"的相关要求。美国能源之星照明灯具规范（ENERGYSTAR?ProgramRequirementsProductSpecificationforLumin

4、aires）中规定：商用照明灯具功率因数必须大于0.9.　　LED光源与其它光源的主要区别在于LED光源需要一个驱动电源，驱动电源的性能直接关系到LED光源的性能。在全球提倡"节能减排"和"绿色电子"的大背景下，如何设计一种高功率因数、低谐波电流的高效LED驱动电源是当今广泛关注的热点问题。本文提出一种采用功率因数校正（PFC）电路，临界模式（boundarymode）的AC/DC单级反激式的电源供应器拓扑，通过正确设定相关参数，可在兼顾电源品质与成本的情况下，有效提高能效、避免建筑物内高次谐波电流造成的电源环境污染。　　1单级AC/DC拓扑结构及原理　　AC/DC反激式变换器，是

5、采用临界电流模式控制的Flyback变换电路，系统原理框图如图1.工作原理：开关管MOS驱动着反激式储能隔离变压器T,MOS导通时变压器T储能，关断时变压器T次级绕组通过续流二极管释放能量。控制MOS的导通、关断时间规律，可实现输入电流波形和输出直流电压或电流的稳定控制，以保障输入电流的正弦规律化和输出直流特性的稳定性。文档实用图1AC/DC反激式变换器原理图　　电路拓扑如图2所示。图2电路拓扑图　　图2中：Lm为变压器初级励磁电感，Lr为漏电感，初级电感LP=Lm+Lr,次级电感为LS。‖   1.1SPWM调制原理文档实用　　如图2所示，市电经全波整流，按市电半个周期波形图分析

6、，则正弦调制原理分析如图3:IQ为MOS管在某一时刻的导通电流，IQ（sin）_PK是MOS的峰值电流，ID为次级二极管在MOS管关闭时刻的续流，ID（sin）_PK是二极管的峰值电流。图3SPWM调制图　　在调制波形示意图里，采用电感电流回零后允许导通下一个驱动脉冲工作方式，以保障每个开关周期里T=TON+TOFF。　　如调制图3,设市电输入正弦波电压：　　Uin（t）=Uin_pksinωt　　把市电输入电压离散化，则设第N个点时，图中△ABE所示，MOS导通，电压与电感励磁电流的关系如下：　　若N足够大时，则电流、电压等效为连续：文档实用　　由上式可知：　　假设导通时间为常数

7、：TON_N=常数（const），则上述MOS导通电流各点峰值IQ（sin）_pk组成的包络就形成了正弦规律。　　次级二极管瞬时峰值电流为ID（t），根据励磁电流引起的磁通不能突变原则可知：ID（t）=nIQ（t）=nIQ（sin）_pksinωt,且等式LP=n2LS成立，其中参数n为变压器的初、次级匝数比。‖根据变压器伏秒平衡原则，在绕组次级伏秒规则如下：　　式中，Uo是输出直流电压，UF是整流二极管正向导通压降。　　且根据：T=TON+TOFF　　设在第N点对I