李昊東

（安徽工業(yè)大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，安徽馬鞍山243032）

基于LM3429的高性能6W LED驅(qū)動(dòng)電源研究

李昊東

（安徽工業(yè)大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，安徽馬鞍山243032）

從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，較為詳細(xì)地介紹了TI的LM3429芯片特點(diǎn)以及工作原理，并且提出一種基于該芯片功率為6W的LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)方法.經(jīng)過(guò)樣品測(cè)試，滿足性能要求，且對(duì)設(shè)計(jì)高性能、低成本的LED驅(qū)動(dòng)電源具有一定的指導(dǎo)意義.

LED驅(qū)動(dòng)；LM3429；升/降壓；直流

1 引言

LED作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品，必然是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，二十一世紀(jì)將進(jìn)入以LED為代表的新型照明光源時(shí)代.LED球泡燈具與白熾燈比較，其最大的發(fā)展動(dòng)力就是節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì).但是由于成本過(guò)高，導(dǎo)致價(jià)格要比傳統(tǒng)燈具高了幾個(gè)檔次，且其驅(qū)動(dòng)電源的壽命遠(yuǎn)低于LED燈珠壽命，使得整個(gè)LED燈具壽命受限.LED驅(qū)動(dòng)電源可以說(shuō)是LED照明設(shè)備的心臟，LED驅(qū)動(dòng)電源的長(zhǎng)使用壽命、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)決定其對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源的壽命、功率因數(shù)、諧波含量、效率、發(fā)熱量等設(shè)計(jì)指標(biāo)必然要求越來(lái)越高.本文提出的基于TI公司的LM3429控制芯片的LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)，具有長(zhǎng)壽命、低成本和高效率等優(yōu)點(diǎn).

2LED驅(qū)動(dòng)電源電路工作原理分析

2.1 核心元件概述

LM3429是一款高性能、多用途LED驅(qū)動(dòng)芯片.如圖1所示為芯片的原理框圖所示：輸入電壓范圍為4.5V到75V，可以配置成降壓，升壓，升/降壓或SEPIC拓?fù)洌斎牒洼敵龅墓ぷ麟妷侯~定值為75V，內(nèi)部的PWM控制器可調(diào)開(kāi)關(guān)頻率高達(dá)2MHz.同時(shí)還集成了精密的基準(zhǔn)電壓，用于快速PWM調(diào)光的邏輯兼容DIM輸入，LM3429具有完善的保護(hù)功能，包括過(guò)電壓保護(hù)（OVP）、過(guò)流保護(hù)（OCP）、環(huán)流限制（CCL）.

2.2 基于LM3429芯片的驅(qū)動(dòng)電源電路原理圖

根據(jù)LED驅(qū)動(dòng)電路的原理框圖，設(shè)計(jì)了如圖2所示的基于LM3429芯片的6W LED驅(qū)動(dòng)電源原理圖，該驅(qū)動(dòng)電源LED負(fù)載用6只功率為1W的LED管串聯(lián)，每只LED管電壓額定值為3.5V、電流額定值為0.3A，整個(gè)LED模組的功率約為6W.

2.3 基于LM3429芯片的60W驅(qū)動(dòng)電源原理分析

2.3.1 開(kāi)關(guān)頻率

如圖3所示，在boost和buck-boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，連接在RCT引腳和開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的RT與在GND和RCT間的CT設(shè)置TOFF，VIN按比例決定開(kāi)關(guān)頻率的穩(wěn)定.

2.3.2 LED平均電流

如圖4所示，LM3429應(yīng)用外部檢測(cè)電阻RSNS將LED電流ILED轉(zhuǎn)變成電壓VSNS，HSP和HSN引腳是高邊檢測(cè)放大器的輸入引腳，此放大器通過(guò)負(fù)反饋迫使VHSP與VHSN大小相等.這樣，就會(huì)產(chǎn)生電流ICSH,經(jīng)過(guò)電阻RCSH流出CSH引腳.這樣，就可以計(jì)算得到ICSH、VSNS、ILED.

2.3.3 電流檢測(cè)與限制

如圖5所示，LM3429利用比較器監(jiān)測(cè)晶體管電流的方式實(shí)現(xiàn)了峰值電流模式控制，并與COMP引腳電壓相比較.另外，它采用了周期循環(huán)過(guò)流保護(hù)功能.如果電流檢測(cè)比較器輸入的電壓超過(guò)245mV，則立即終止循環(huán).

2.3.4 過(guò)壓保護(hù)

如圖6所示，LM3429可以通過(guò)OVP引腳設(shè)定輸入輸出過(guò)電壓的狀態(tài)，這個(gè)引腳可以精確到1.24V，同時(shí)有20μA的滯后電流.

2.3.5 輸入欠壓保護(hù)

如圖7所示，nDIM是既可以提供1.24V的門檻電壓，同時(shí)具有可設(shè)計(jì)滯后作用的雙重功能引腳.這個(gè)引腳既可以作為PWM調(diào)光的輸入，也具有輸入欠電壓保護(hù)功能.

2.3.6 PWM調(diào)光

如圖8所示，PWM信號(hào)可以為nDIM引腳提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，LED的亮度可以隨著占空比的變化而變化，如：30%的占空比對(duì)應(yīng)30%的LED亮度.

3 基于LM3429的LED驅(qū)動(dòng)電源參數(shù)設(shè)計(jì)

從上面的分析可知，一款高效、安全、穩(wěn)定的LED驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)需要各個(gè)參量相互配合，本文重點(diǎn)介紹各個(gè)參量的準(zhǔn)確計(jì)算方法與過(guò)程.

3.1 輸出電壓和LED動(dòng)態(tài)電阻為

最大占空比與最小占空比為

3.2 假設(shè)CT的值為1nF，開(kāi)關(guān)頻率fSW和RT為

3.3 設(shè)定LED平均電流ILED為1A，電流檢測(cè)電阻RSNS為

假設(shè)RCSH為12.4Ω，RHSP為

3.4 峰值電流為

最接近0.041Ω的電阻值為0.04Ω，所以，峰值電流為

3.5 輸入電容為

為了減小提供功率的相互影響，使用電容的值為14μF，因此脈動(dòng)電壓值會(huì)更小.因?yàn)楦邏禾沾呻娙葸x擇受限，只能選用3個(gè)4.7μF的貼片陶瓷電容.

3.6 場(chǎng)效應(yīng)管NFET電壓等級(jí)至少應(yīng)該比漏極源極電壓VTMAX的最大值高15%

電流等級(jí)至少比場(chǎng)效應(yīng)管NFET電流ITMAX高10%

所以選用100V，32A的NFET.

3.7 二極管的電壓等級(jí)和電流等級(jí)

選用100V,12A，VD=600mV的二極管.

3.8 輸入欠電壓保護(hù)是由開(kāi)啟門限電壓和期望滯后電壓決定的

由此可見(jiàn)，最接近的標(biāo)準(zhǔn)電阻值為21KΩ

3.9 輸出過(guò)電壓是由關(guān)閉門限電壓和期望滯后電壓VHYSO決定的

最接近的標(biāo)準(zhǔn)電阻值為499KΩ

最接近的標(biāo)準(zhǔn)電阻值為15.8KΩ

4 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)分析了LM3429芯片的工作原理及特性，結(jié)合芯片性價(jià)比高、外圍電路簡(jiǎn)單、性能指標(biāo)突出等特點(diǎn)設(shè)計(jì)了節(jié)能高效的6W LED驅(qū)動(dòng)電源，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的參數(shù)整定，在實(shí)際樣品測(cè)試結(jié)果中各項(xiàng)性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求.同時(shí)，本設(shè)計(jì)也可為其他開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)提供參考或直接借用.

〔1〕牛萍娟，付賢松，任夢(mèng)奇，楊新璇，韓變?nèi)A.高功率因數(shù)的90W路燈驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2014，29（10）:199-205.

〔2〕王戎偉，羅中良，陳治明，黎馨楹.基于NCP1014的4W LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2013（9）:58-61.

〔3〕高家寶，劉堃.基于FAN7554的30W LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)[J].價(jià)值工程，2015（17）:104-106.

〔4〕李帆，沈艷霞，張君繼，趙芝璞.一種新型高效LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)[J].電源技術(shù)，2013（8）：1425-1428.

〔5〕沈霞，王洪誠(chéng)，蔣林，許瑾，方瑋.基于反激變換器的高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2011（6）:140-143.

〔6〕RobertKollman.高效率LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)[J].今日電子，2011（4）：45-48.

〔7〕徐根達(dá)，趙合昌.一種高效大功率LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)[J].電源技術(shù)，2011（7）:811-813.

TN710

A

1673-260X（2015）08-0037-03

2013年安徽省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃（201310360303）資助項(xiàng)目