作者簡(jiǎn)介：羅中良（1968—），男，江西臨川人，教授，碩士，研究方向：電子信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（E-mail：hzlaw@163.com）；李曦雯（1974—），女，廣東惠州人，實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向：電子信息工程。

摘要：隨著LED技術(shù)的日益成熟，LED已經(jīng)被應(yīng)用到很多領(lǐng)域，特別是在大功率商業(yè)照明領(lǐng)域，LED憑借其具有節(jié)能、長壽命、可靠性高、低成本等優(yōu)點(diǎn)，充分地展現(xiàn)出高性價(jià)比的特點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)一種反激式原邊反饋低成本方案的驅(qū)動(dòng)電源，在100-240V電壓范圍內(nèi)輸出電流精度達(dá)到±5%，功率因數(shù)大于0.9，效率大于85%，并具有過壓、短路保護(hù)功能。通過分析其工作原理并對(duì)具體參數(shù)給出詳細(xì)的計(jì)算過程。對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源工程師在設(shè)計(jì)的過程中具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：原邊反饋；MPS4021；LED電源

中圖分類號(hào)：TM402文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

LED作為新型的節(jié)能光源，具有高光效、環(huán)保、長壽命等特點(diǎn)。LED使用時(shí)需要恒流輸出的驅(qū)動(dòng)電源，目前大多數(shù)采用次級(jí)反饋方案[1-2]，該方案從輸出端進(jìn)行電流采樣，再通過運(yùn)算放大器將信號(hào)進(jìn)行放大后利用光耦進(jìn)行初次級(jí)隔離反饋控制。該方案輸出電流精度較高，但反饋電路元件較多，成本相對(duì)較高。本設(shè)計(jì)采用反激式原邊反饋低成本方案，通過檢查高頻變壓器初級(jí)繞組的電流實(shí)現(xiàn)對(duì)次級(jí)輸出電流的控制，輸出電流精度可達(dá)到±5%，基本達(dá)到LED驅(qū)動(dòng)電源對(duì)電流精度的要求，并且集成了功率因數(shù)校正電路，所設(shè)計(jì)電源功率因數(shù)大于0.9，能夠符合能源之星對(duì)燈具功率因數(shù)的要求。電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本、高可靠性，在現(xiàn)有市場(chǎng)上具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。

2原邊反饋方案的工作原理

原邊反饋方案具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。變壓器起到變壓和傳遞能力的作用，控制芯片通過檢測(cè)反激變壓器初級(jí)繞組的峰值電流來控制次級(jí)繞組的輸出電流[3-4]。如圖1所示，電路反饋具有兩個(gè)反饋環(huán)，一個(gè)是通過輔助繞組檢查輸出電壓信號(hào)的電壓外環(huán)，另一個(gè)是通過檢查初級(jí)繞組的峰值電流的電流內(nèi)環(huán)。通過設(shè)計(jì)好這兩個(gè)反饋環(huán)路，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可以得到較高精度的輸出電流。

3基于MPS4021控制芯片的電路設(shè)計(jì)

MPS4021是一個(gè)初級(jí)端控制的離線LED照明控制器。原邊控制可以顯著簡(jiǎn)化了LED照明驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)消除了光電耦合和在一個(gè)孤立的單級(jí)轉(zhuǎn)換器的次級(jí)反饋組件[5-7]。其專有的實(shí)時(shí)電流控制方法，可以從檢測(cè)初級(jí)電流來準(zhǔn)確地控制次級(jí)輸出電流。內(nèi)部集成了電流精度補(bǔ)償模塊，可以提高線路的LED電流精度。

如圖2 MPS4021芯片引腳功能圖所示，MPS4021集成了功率因數(shù)校正功能，并在臨界導(dǎo)通模式下工作。功率因數(shù)校正功能可以實(shí)現(xiàn)在通用電壓范圍內(nèi)PF>0.9。邊界導(dǎo)通工作模式可減少開關(guān)損耗，提高了EMI性能。極低的啟動(dòng)電流和靜態(tài)電流，可以減少功率消耗，同時(shí)MPS4021提供了多種先進(jìn)的保護(hù)措施，包括過電壓保護(hù)，短路保護(hù)，逐周期電流限制和熱關(guān)斷，以提高系統(tǒng)的安全性。

本設(shè)計(jì)采用MPS4021方案設(shè)計(jì)一種反激式原邊反饋低成本的驅(qū)動(dòng)電源，LED燈板為14串29并排列，本設(shè)計(jì)選用406顆3528燈珠芯片做為LED負(fù)載，每顆燈珠正向?qū)妷篤f為3.0V-3.4V，工作電流If為20mA，輸出電壓額定值為45V、輸出電流額定值為580mA，LED燈光功率約為26W，設(shè)計(jì)要求驅(qū)動(dòng)電源效率大于85%，則電源輸入功率約為30W。具體電路原理圖如圖3所示，驅(qū)動(dòng)電路主要包括浪涌保護(hù)電路、功率因數(shù)校正電路、MOS管驅(qū)動(dòng)電路、RCD吸收回路、電流反饋電路和過壓、短路保護(hù)電路。每一模塊電路合理地設(shè)計(jì)可以保證電源穩(wěn)定的工作，提高電源的可靠性，本文主要分析電流反饋電路和過壓、短路保護(hù)電路并給出了反激變壓器的詳細(xì)計(jì)算過程。

4結(jié)論

本文采用了MPS4021方案設(shè)計(jì)了一種反激式原邊反饋低成本的驅(qū)動(dòng)電源，雙閉環(huán)反饋系統(tǒng)，電流內(nèi)環(huán)反饋保證了電源輸出電流的穩(wěn)定，電流精度達(dá)到±5%，同時(shí)電壓外環(huán)反饋也保證了過壓、短路等故障時(shí)系統(tǒng)的可靠性。本設(shè)計(jì)分析原邊反饋方案的工作原理，并對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的反饋電路、保護(hù)電路和高頻變壓器進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算。最終所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)證能夠達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]董曉偉，裴云慶，曹建安，等 .一種新型單級(jí)PFC變換器的研究[J]. 電力電子技術(shù)，2004， 38（4）：32-38.

[2]靳文匯，范蟠果，閆少雄. 一種反激式開關(guān)電源變壓器改進(jìn)設(shè)計(jì)方法研究[J].電力電子技術(shù)，2009，43（1）：62-63.

[3]王兆安，黃俊 .電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版，2002.

[4]楊恒 .LED照明驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)步驟詳解[M].北京：中國電力出版社，2010.

[5]Marty Brown .電源設(shè)計(jì)指南（第二版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[6]Steve Winder .LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[7]Abraham I.pressman .開關(guān)電源設(shè)計(jì)（第三版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[8]邱關(guān)源，羅先覺 .電路 第五版[M].北京：高等教育出版社，2006.

[9]Sanjaya Maniktala.精通開關(guān)電源設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[10]張繼紅，王衛(wèi)，徐殿國. 單級(jí)功率因數(shù)校正變換器的拓?fù)溲芯縖J]. 電力電子技術(shù)，2005， 2（ 3 ）：118-120.