跟工程师一起设计LED照明用恒流电源变换器

 LED光源具有节能、环保、形状多样等优点，目前受到广泛应用。那么，LED光源采用什么样的电源供电才能保证它安全、有效地工作，这是一个十分重要的问题。本文设计的LED照明用恒流电源变换器最突出的优点是当多个串联的LED中有一个或几个损坏(一般击穿短路)时，不影响其余LED的正常发光。若采用恒压控制，当多个串联LED中有一个或几个损坏(击穿)时，其余LED两端电压就会升高而损坏。基于对LED的保护与亮度可调方面的考虑，设计一种功能完善的LED照明用恒流电源变换器是十分必要的。

　　本文设计的LED照明用恒流电源变换器电路组成如图1所示，它包括：整流滤波电路、脉宽控制(PWM)恒流电路、过压恒压保护电路及光控电路。220V交流电经过整流滤波后获得约300V直流电压为本电路供电，由于整流滤波电路比较简单，这里就不再复述了，下面介绍其余各电路的组成及工作原理。

　　本电路采用价格低廉，性能优越的开关电源控制芯片UC3842为核心器件，为提高效率，开关管采用大功率场效应管，负载与电源之间采用高频隔离变压器T及光电耦合器进行隔离，具有良好的隔离性能。电路芯片UC3842采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有8个引脚，各脚功能如下：(1)脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性；(2)脚是反馈电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的2.5V基准电压进行比较，产生误差电压，从而控制脉冲宽度；(3)脚为电流检测输入端，当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态；(4)脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=1.8/(RTCT)；(5)脚为公共地端；（6)脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns驱动能力为±1A；(7)脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片功耗为15mW；(8)脚为5V基准电压输出端，有50mA的负载能力。

　　PWM恒流电路

　　PWM恒流电路由控制芯片UC3842、高频隔离变压器T、采样电路R15、R16、R17等组成。整体电路如图2所示，为使UC3842具有稳定的输出电流控制能力，其供电采用单独稳压供电方式，图中DC输入经三端稳压集成电路IC1稳压为芯片提供18V稳定的直流电压。电路采用高频隔离变压器作为换能装置，它与光电耦合器(以下简称：光耦)配合使电路输出端和交流输入端具有良好的隔离性，其电路的控制原理如下：

　　当负载电流(输出电流)增大时，采样电路R17两端电压升高，与其并联的光耦IC3，初级电流增大，使次级3、4端导通电阻减小，从而使UC3842的2脚电压升高，由集成电路内部电路控制使6脚输出的PWM脉冲占空比减小，控制开关管Q1在一个周期内导通时间变短，经开关变压器T传递给负载的能量减小，从而使输出到负载的电流减小；反之，当负载电流减小时，R17两端电压减小，与其并联的光耦IC3初级电流减小，使次级3、4端导通电阻变大，从而使UC3842的2脚电压降低，6脚输出的PWM脉冲占空比增大，开关管Q1在一个周期内导通时间变长，输出给负载的电流增大，从而实现恒流输出。

　　过压恒压保护电路

　　过压恒压保护电路由稳压管DZ、晶体管Q2和光耦IC5等元件组成，其工作原理是，当负载过压36V时，R12两端电压升高，使晶体管Q2导通，光耦IC5初级电流大，使次级3、4端导通电阻减小，通过芯片UC3842控制6输出的PWM占空比变小，使开关管Q1在一个周期内导通时间变短，输出电压降低，这一反馈作用最终使输出电压恒定在36V电压值。当输出电压降低到低于36V时，晶体管Q2截止，电路又回到恒流控制状态。

　　光控电路

　　光控电路由光耦IC4、光敏电阻RU等组成。其原理是，当环境光强时，RU阻值变小，光耦IC4初级电流增大，使次级3、4端导通电阻减小，通过芯片UC3842控制使输出电流增大，LED发光亮度增大，从而实现LED照明亮度自动控制。

　　电路调试

　　1、恒流输出电路调试

　　在路断开光敏电阻RU及微调电阻R14，以切断光控电路和过压保护电路的控制作用。交流电网电压经调压器调至220V输入到整流电路前，负载串接10个发光二极管及一只毫安表，调整R16及R3使输出电流为200mA；改变输入交流电压±10%，反复调整R16及R3使输出电流为200mA。在恢复220V交流输入的情况下，再将负载由10个逐渐减少至5个发光二极管，电流还应稳定在200mA，否则电路连接有误。

　　2、过压恒压保护电路调试

　　接通微调电阻R14，用电压表监测输出电压(C9两端电压)，负载串接10个发光二极管，反复调整R16及R12、R14使输出电压升高至36V时，稳定在36V；输出电压小于36V时，电路又回到恒流输出状态。

　　3、光控电路调试

　　接通光敏电阻RU，调整R4使电路在不同光照环境下都能获得恒流输出。

　　本电路只要对某些元件参数进行改动，提高输出电压，增大输出电流，扩大负载数量，就可以变成实用的LED恒流照明电源。