李 群,羅民杰,潘 萍

（長沙師范學(xué)院，電子與信息工程系，湖南長沙,410100）

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一種新的無電解電容Led驅(qū)動電源設(shè)計

李 群,羅民杰,潘 萍

（長沙師范學(xué)院，電子與信息工程系，湖南長沙,410100）

摘要：傳統(tǒng)的LED驅(qū)動電源由于有電解電容的存在，制約了LED照明技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。針對此問題，提出了一種通過變壓器和電容之間進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化的電路，從而減少電容容量，實(shí)現(xiàn)由貼片電容取代大容量電解電容的方法，實(shí)驗結(jié)果表明該方法的可行性。

關(guān)鍵詞：無電解電容;LED;驅(qū)動電源

0　引言

LED 照明技術(shù)具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長和易控制等優(yōu)點(diǎn)，是21 世紀(jì)最具發(fā)展前景的高技術(shù)領(lǐng)域之一?；谡彰黝I(lǐng)域的不同應(yīng)用，各種LED燈的驅(qū)動電源也在迅速發(fā)展。但是由于LED發(fā)熱高，溫度升高快，導(dǎo)致壽命縮短，而且，現(xiàn)有LED 驅(qū)動電源大都采用開關(guān)電源技術(shù)，電源中一般具有AC/DC轉(zhuǎn)換電路，為了整流和平滑回路一般采用大容量的電解電容，但高質(zhì)量電解電容額定溫度105℃下，使用壽命一般在10kh左右，遠(yuǎn)低于LED 芯片80～100kh的壽命，所以很難發(fā)揮出LED照明的長工作壽命優(yōu)勢，并且電解電容體積較大，限制了驅(qū)動電源功率密度進(jìn)一步提高。積極開發(fā)無電解電容的LED照明驅(qū)動技術(shù)，是延長驅(qū)動電源壽命，拓展LED照明的應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵。

近年來，許多學(xué)者在無電解電容的LED照明驅(qū)動技術(shù)做了許多研究。圖1所為常用的單級驅(qū)動電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖中電感Lo和小電容Co的主要作用是濾除輸出電流中的高頻分量。

本文在此基礎(chǔ)上提出了一種無電解電容的LED驅(qū)動電源方案，不但去除了電解電容，提高了電源的壽命，而且結(jié)構(gòu)簡單，還具有漏電保護(hù)、功率校正和調(diào)光的功能。

1　LED驅(qū)動電源電路設(shè)計

電路設(shè)計指標(biāo)為：1）輸入電壓為150-250 VAC/50Hz；輸出電壓為13VDC；輸出電流0.32A。

整個驅(qū)動電源由LC濾波電路、漏電保護(hù)電路、橋式整流器、高頻濾波電容、雙繞組變壓器、耦合電容、快恢復(fù)二極管、功率MOSFET管、多諧振蕩器組成,如上圖2所示。

1.1輸入電路

輸入電路包含LC濾波電路、漏電保護(hù)電路、橋式整流裝置。

LC濾波電路由電感L1和電容C1構(gòu)成，用于在1MHz以下的頻率范圍內(nèi)減少電磁干擾。C1兩端并聯(lián)安規(guī)電容C2、C3，用于漏電保護(hù)和靜電消除作用。整流裝置B1是將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。為實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)，在整流橋之后使用一個小容量電容C4來濾除高頻信號。

圖1

1.2反激變換電路

快恢復(fù)二極管D1、雙繞組變壓器L2和耦合電容C5構(gòu)成驅(qū)動電源的反激變換電路，輸出平滑電壓波形，由于雙組變壓器N1、N2可以通過C5進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，所以可以顯著減少C5電容量，而不影響對L2副邊N2輸出電壓紋波的抑制，并且提供被動的功率因數(shù)校正功能（PFC），由于C5電容量的需求減少，其可采用貼片電容形式而無需采用普通的大容量電解電容。從而實(shí)現(xiàn)了LED驅(qū)動電源無需無電解電容的方法。

1.3調(diào)光電路

功率MOSFET管M1可提供高頻直流脈沖信號，用于控制驅(qū)動LED燈組工作；高頻直流脈沖信號由NE555及其外圍器件組成的多諧振蕩器提供，變脈沖信號的占空比調(diào)節(jié)LED燈組的亮度；

D2、D3單向?qū)щ娦詫㈦娙萜鰿6充、放電回路分開，加上電位器調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)的多諧振蕩器。圖中Vcc通過Ra、D1向C6充電，充電時間為tPH≈0.7RaC6，電容C6通過D2、Rb 及555中的放電管T放電，放電時間為tPL≈0.7RbC6，振蕩頻率為f=1/（tPH+tPL），多諧振蕩器輸出波形波形的占空比可。

2　實(shí)驗測試

根據(jù)設(shè)計指標(biāo)，選取L12.5mH，C1可采用250V/10uF電容，C2與C3容量選用4700pF，橋式整流器由四個普通的肖特基二極管組成C4可采用250V/47uF貼片電容形式；由于電流較小快恢復(fù)二極管D1可采用TO-220封裝的600V/1A規(guī)格二極管；L2可采用EE13/0.76mH變壓器，C5選用250V/4.7uF貼片電容；M1選用IRF840 500V/8A型號芯片。通過制作實(shí)驗板，對150-250 VAC/50Hz的電壓范圍進(jìn)行測試，結(jié)果如表1所示，輸出電壓和輸出電流的誤差范圍均控制在5%以內(nèi)。

表1　實(shí)驗結(jié)果

圖2

3　結(jié)束語

無電解電容LED驅(qū)動電源設(shè)計是延長LED驅(qū)動電源使用壽命的關(guān)鍵。文中介紹了一種通過變壓器和電容之間進(jìn) 行能量轉(zhuǎn)化，從而減少電容容量，實(shí)現(xiàn)由貼片電容取代大容量電解電容的方法，提高了LED電源的使用壽命，有利于LED照明技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展。

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本文通訊作者：潘萍

A new design ofElectrolytic Capacitor-less LED Driver power

Li Qun,Luo Minjie,Pan Ping
(Changsha normal university,Department of electronic and information engineering,Hunan,410100, Changsha)

Abstract：The traditional LED driving power supply has restricted the application field of LED lighting technology because of the existence of electrolytic capacitor.To solve this problem,the paper puts forward a circuit which can reduce the capacitance of the capacitor for energy conversion between the transformer and the capacitor,the method is implemented by a chip capacitor instead of a large capacity electrolytic capacitor,finally,the experimental results show the method is feasible.

Keywords：Electrolytic Capacitor-less;LED;Driver power

基金項目：湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗（201413806607）和湖南省教育廳科學(xué)研究優(yōu)秀青年項目（15B021）