大功率恒流LED驱动电源方案分享之设计原理

 在最近几年中，国内市场对大功率恒流LED驱动电源的需求量开始逐渐上升，与此同时，用户也同样对LED电源的调光设计提出了更多要求，需要工程师在进行新产品设计时综合权衡用户需要与设计要求。在今明两天的方案分享中，小编将会为大家分享一种大功率恒流LED驱动电源的设计方案，今天我们将会就这一方案的设计原理展开详细介绍。

针对实际的应用需求和目前市场的用户反馈结果，在本方案中，我们所设计的这一大功率的恒流LED驱动电路规格为输入电压90—260V，输出电压、电流为50V/1.5 A，其额定负载为75W，并且该LED电源支持可调光设计，能够用于驱动多个1W/0.35的大功率白光LED。交流市电经EMI滤波、整流滤波后进入高频变压器，输出端的电压电流信号反馈给DC/DC和PFC控制器，控制器根据前端输入交流信号及后端电压电流信号控制开关管导通关断，从而控制整个电路的能量传递。下图中，图1所给出的是本方案所设计的驱动电路框图。

图1 驱动电路框图

在这一LED电源新产品的方案设计中，为了达成恒流驱动的设计要求，在驱动电路控制芯片的选择方面我们采用的是NCL30001。该种集成芯片能够将PFC和AC/DC控制集成在一起，具有软跳过技术，能在轻载时减少噪音，并且具有过压、过流和过温保护功能，可以为本方案的电路设计提供多重保障。

下面我们来看一下本方案中，我们所设计的这种单级PFC反激式LED电源的电路工作原理，这一大功率LED驱动电源的电路结构设计如下图图2所示。在这一电路系统中，当该开关电源接入电流开始运行时，交流电通过VD1给电容C5充电。当C5的电压达到门限电压后，芯片开始工作。VD2、C6、R7构成初级箝位保护电路吸收漏感尖峰电压，使漏极电压限制在安全范围内以保护开关管V1。NCL30001芯片开始工作后，其DRV管脚输出PWM信号驱动V1导通。V1导通后经整流桥的电压经过变压器T1，能量储存在Tl的初级绕组中，此时C9为负载供电。当V1关断时，Tl中存储的能量传递到次级绕组，为负载供电同时也为C9充电。C2的大小确定了芯片的工作频率，R10起到感测初级电流的作用。该芯片工作在连续导通模式(CCM)，设置R5进行斜率补偿。

图2 单级PFC反激式LED恒流驱动电路结构

在本方案的设计中，出于对成本的考虑.我们所设计的单级PFC电路只使用一个开关管和一套控制电路，且需实现输出电压的快速调节和输入电流的整形，PFC级与DC/DC级之间的能量不平衡由储能电容来平衡。通常来说，工程师们都会希望能够将单级PFC设计在电流不连续模式(DCM)下，以获得较高的功率因数。但是，为了能够有效提高整个电源的转换效率，我们还是希望DC/DC级能工作在CCM模式下。两种不同的模式导致一旦负载变小，输入功率不变而输出功率减小，电路来不及调整导致储能元件电压瞬间很高。单级PFC中PFC级与DC/DC级采用相同的电流工作模式能解决储能电容电压应力过高的问题，且处于对电源损耗和开关管成本的考虑，因此我们将电流工作模式设定在CCM。