吳舒萍

（福建水利電力職業(yè)技術(shù)學院 電力工程系，福建 永安 366000）

0 引言

大功率LED光源是第4代電光源，與傳統(tǒng)的照明燈具相比，其發(fā)光效率更高、能耗更低、壽命更長、安全性能更好，而且綠色、環(huán)保，不會對環(huán)境造成任何污染［1］。驅(qū)動電源電路是大功率LED光源設計的關(guān)鍵技術(shù)，目前大功率LED驅(qū)動電源依舊處于發(fā)展和完善階段。直流驅(qū)動是被廣泛商用化的驅(qū)動方式之一，可以分為恒流驅(qū)動、恒壓驅(qū)動、限流驅(qū)動以及脈沖驅(qū)動4種方式。而恒流驅(qū)動又是直流驅(qū)動中比較受歡迎的一種驅(qū)動方式，其驅(qū)動電源輸出的流過LED的電流保持恒定［2］。恒流驅(qū)動電路成本比其他驅(qū)動方式要低，應用場合也廣，更利于大功率LED光源的推廣。本文將利用SD6900為主控芯片，選擇合適的元件參數(shù)，設計制作一款輸出恒流性能好、功率穩(wěn)定，具有功率因素補償、電源過壓／欠壓保護、輸出短路／開路保護／過溫保護、電磁輻射污染小等特點的AC—DC非隔離型大功率LED燈的電源驅(qū)動電路。

1 大功率LED驅(qū)動電源電路框圖

圖1為一款AC—DC恒流非隔離型大功率LED驅(qū)動電路框圖，采用士蘭微SD6900為主控芯片，用于驅(qū)動7.5W的LED燈（5個1.5W大功率LED串聯(lián)）。輸入電壓為220V交流電，輸出電流為直流450mA。

圖1 大功率LED驅(qū)動電源電路框圖Fig.1 Block diagram of high－power LED drive circuit

2 電源主控電路的設計

2.1 主控芯片的選擇

目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的LED驅(qū)動電源芯片種類繁多，性能各異［3］。本文選用士蘭微的SD6900作為電源的主控芯片，該芯片的主要特點是：

（1）非隔離電路結(jié)構(gòu)，支持全電壓輸入。

（2）有源功率因素校正功能。

（3）較高的電源轉(zhuǎn)換效率。

（4）超低的IC啟動電流，系統(tǒng)啟動快速。

（5）芯片內(nèi)有Vcc過壓／欠壓保護、輸出短路／開路保護和內(nèi)置過溫保護等多種保護功能［4］。

SD6900芯片符號見圖2，引腳功能見表1。

圖2 SD6900符號Fig.2 Symbol of SD6900

表1 SD6900引腳功能Table 1 Pin of SD6900

2.2 主控電路

電源主控電路如圖3所示。電路包括降壓部分、電子開關(guān)部分、穩(wěn)壓部分、LC濾波部分以及主控芯片部分。Q1為MOS管（場效應管），起電子開關(guān)的作用，MOS管工作時產(chǎn)生的噪聲比較低，有益于降噪；Z1為穩(wěn)壓二極管，其作用是穩(wěn)定輸入電壓，避免高壓損壞芯片；C3為VCC電容，其作用是儲能和濾波；R8為電阻，主要作用是減小高壓二極管D1正向峰值電流，同時可以防止開關(guān)噪聲引起Vcc過高。電感L1和電容C4組成LC濾波部分，其作用是抑制干擾，使輸出LED直流更加穩(wěn)定；D1和D2為高壓二極管，其作用是防止電流逆流對原件造成損害。

（1）Vcc，IC芯片供電腳。外接電阻R1，R2為啟動前給C3充電電阻，取值越小，啟動時間越短，但取值過小會影響系統(tǒng)效率，一般取200～500kΩ。C3起到濾波和儲能作用，一般取10μF～22ΜF(xiàn)。

（2）GND，芯片接地腳。外接MOS管的源極。繪制PCB圖時設計線路走線應盡可能地走“捷徑”，因為所設計的線路過長可能會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（3）DR，IC驅(qū)動輸出腳。外接電阻R3，R4和MOSFET門極，R3取值小于100Ω即可［9］。主要用來控制MOS管的接通與切斷外圍應用電路，起電子開關(guān)作用

（4）ZCD，“過零檢測輸入”。外接電阻R5和R6分壓電阻。其主要實現(xiàn)了2個功能，一是用于控制輸出空載（LED開路）時驅(qū)動電源的輸出電壓；二是LED短路保護，如果LED發(fā)生短路，系統(tǒng)就會自動關(guān)閉，起保護作用。

（5）COMP，內(nèi)部跨導放大器輸出端。外接電容器C2作補償。繪制PCB電路器件放置布局時應把補償電路器件放置于靠近芯片的COMP腳，這樣可以避免系統(tǒng)發(fā)生不穩(wěn)定等現(xiàn)象，進而提高驅(qū)動電源的穩(wěn)定性。

（6）CS，電感電流采樣輸入腳。外接電阻Rs和LC濾波部分，主要用于控制驅(qū)動電源的輸出電流。輸出電流公式［4］為

若驅(qū)動電源輸出電流為450mA，根據(jù)式（1）可求得外接電阻

圖3 電源主控電路Fig.3 Main control circuit of power supply

3 電源其他功能模塊

3.1 電源輸入管理模塊

電源輸入管理模塊如圖4所示，電源輸入管理模塊由熔斷器F1、負溫熱敏電阻NTC1（SCK103）以及電容Cx1（1K275V－X2）組成。當流過熔斷器的電流大于1A時，熔斷絲自動斷開，可以有效防止電路發(fā)生短路給驅(qū)動電源帶來的損害。電容Cx1則可以抵抗高頻干擾，避免高頻干擾對元器件造成損害。這個電源輸入管理模塊可以實現(xiàn)過溫保護、短路保護和抗高頻干擾，為電路提供一個較為穩(wěn)定、安全的輸入。

3.2 濾波模塊

如圖5所示，濾波模塊由L2（UU 10.2～20 mH）組成，主要起EMI濾波作用。EMI濾波器對電磁兼容及抑制電磁干擾起著重要的作用［5］，可以有效抑制電磁波對外的輻射，大大降低了驅(qū)動電源對外造成的電磁輻射污染。電磁輻射會對其他電器設備和人體造成干擾或不良影響，因此抑制電磁輻射可以提高驅(qū)動電源的“和諧性”，減緩生活中的電磁輻射污染。

圖4 電源模塊Fig.4 Block of power supply

3.3 整流模塊

整流模塊如圖6所示，整流模塊由4個快恢復整流二極管（ES1J）組成。整流模塊就是充分利用這4個快恢復整流二極管的單向?qū)щ姷奶匦?，將輸入的交流電轉(zhuǎn)換成直流電?？旎謴驼鞫O管充分利用了肖特基二極管多數(shù)載流子導電的特性，因而具備正、反向恢復時間都短的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)高頻高效整流［6］。

3.4 LED燈珠模塊

LED燈珠模塊如圖7所示，LED燈珠模塊采用5個1.5W的LED串聯(lián)。LED燈珠模塊的電路板應與驅(qū)動電源電路板分離，避免LED燈珠發(fā)熱影響驅(qū)動電源的正常工作和轉(zhuǎn)化效率。同時在LED燈珠電路板背部黏上金屬塊，可以有效導出LED燈珠運作時產(chǎn)生的熱量，讓LED燈珠在運作過程中更加穩(wěn)定。

圖5 濾波模塊Fig.5 Block of filter

圖6 整流模塊Fig.6 Rectifier

圖7 LED燈珠模塊Fig.7 Block of LED lighting

4 整體電路與測試

綜合各單元的電路可以得出，利用SD6900為主控芯片的大功率LED驅(qū)動電源整體電路如圖8所示。

該驅(qū)動電源電路板檢測結(jié)果表明：① 接通電源后，5個1.5WLED燈珠點亮迅速，并且通電過程中電路板工作安靜，基本沒有噪聲；② 接通電源后，將驅(qū)動電源放置于音響、電視機和老式的顯示器旁邊，不影響其他電器的正常工作，電磁污染可以忽略；③ 輸出電流和功率都非常穩(wěn)定。測量數(shù)據(jù)結(jié)果如表2所示。

表2 驅(qū)動電源輸出電壓／電流測量Table 2 Output voltage／current of driving circuit

圖8 驅(qū)動電源整體電路圖Fig.8 Whole circuit of driving power supply

5 總結(jié)

綜上所述，本文設計了基于SD6900的非隔離型大功率LED驅(qū)動電路。該電路包括SD6900主控電路、電源輸入管理模塊、全橋整流、EMI濾波、LED燈珠貼片等模塊，具有功率因素補償、電源過壓／欠壓保護、輸出短路／開路保護、過溫保護、電磁輻射污染小等特點。經(jīng)過測試，驅(qū)動電源啟動響應速度快，無明顯的噪聲并且不會對音響、電視或顯示器等造成干擾，輸出恒流性能好，功率穩(wěn)定。

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