VIPER12制作LED灯电源,VIPER12 LED POWER SUPPLY
VIPER12制作LED灯电源,VIPER12 LED POWER SUPPLY
关键字：VOPER12,LED电源电路图
作者：徐伟刚
一、LED光源的基本特性
家用LED光源一般均为白光LED，驱动电流在350mA～1A之间。在350mA时发光效率可达到100流明/瓦，完全可以用作家用照明。通常白光LED在350rnA工作电流时的电压为28～3.9V之间，典型值为3.3V，反向击穿电压为5V，可视角为90'，温度系数为一4mV/℃。用4个这样的LED就可以做成一个家用LED灯。其照明效率达400流明/瓦，可达到8W荧光灯的发光效率。
二、家用LED电源的设计与制作
性能指标要求：工作电压为AC187～265V，输出电压为自适应6～13.5V，可以随意2～4个白光LED串联使用，输出电流为350mA，带短路保护。
1．VIPer12A芯片简介
由意法半导体公司(ST)生产的VIPer12A是一个8引脚的芯片，外型如上图所示。VIPer12A是一个单封装的产品，在同一颗芯片上整合了一个专用电流式PWM控制器和一个高压功率场效应MOS晶体管，其内部原理如下图所示，VDD为芯片供电电源，FB为反馈控制端，其余为场效应晶体管的漏极和源极，控制器工作频率为60kHz。通过反馈端FB的控制，来进行脉宽调制，从而达到稳压的目的。
这种器件的设计方式可以减少组件数量。降低系统成本，简化电路板设计。因此，这个产品家族广泛用来设计离线开关式电源，VIPer12A产品具有：
自动热关断、防止输出短路导致击穿故障的打嗝(HICCUP)保护模式、保证低负载条件下低功耗的突发模式、高压启动电流源以及低待机功耗(小于1W)等良好的特性。
1．VIPer12A芯片简介
由意法半导体公司(ST)生产的VIPer12A是一个8引脚的芯片，外型如上图所示。VIPer12A是一个单封装的产品，在同一颗芯片上整合了一个专用电流式PWM控制器和一个高压功率场效应MOS晶体管，其内部原理如下图所示，VDD为芯片供电电源，FB为反馈控制端，其余为场效应晶体管的漏极和源极，控制器工作频率为60kHz。通过反馈端FB的控制，来进行脉宽调制，从而达到稳压的目的。
这种器件的设计方式可以减少组件数量。降低系统成本，简化电路板设计。因此，这个产品家族广泛用来设计离线开关式电源，VIPer12A产品具有：
自动热关断、防止输出短路导致击穿故障的打嗝(HICCUP)保护模式、保证低负载条件下低功耗的突发模式、高压启动电流源以及低待机功耗(小于1W)等良好的特性。
2．原理设计
首先我们用VIPer12A设计成一个离线式开关电源，采用光电隔离、单端反激式拓扑结构。如下图所示，VIPer12A内带一个PWM控制器和一个高压MOSFET(场效应管)，当PWM控制输出为高电平时，场效应管导通，变压器TF初级开始储能，输出电压由变压器次级的输出电容C5来维持，由于工作频率较高，所以输出电容不需要太大；当PWM控制输出为低电平时，场效应管截止，变压器次级开始向负载释放能量，同时对输出电容进行充电，整个过程通过光电耦合U2的反馈支路进行控制。考虑到输出电压太高会引起VIPer12A本身损耗增大、发热损坏，所以本电路应用低成本的双运放U4(LM358)中的一个(U4：2)设计成电压控制环路。使该电源输出最高电压控制在13.5V左右，能够快速有效地保护电源工作在可控范围内。同时为了控制LED的功耗，我们又用双运放U4的另一个设计成电流控制环路，使LED工作在，恒流350rnA左右，以满足LED的工作要求，限制其自身功耗，双环路的控制可以提高本电源的可靠性和稳定性，为防止产生自激。两个环路各自增加了RC补偿网络。本设计电路如下图。启动时由芯片的高压源产生激磁电流，使输出建立电压，同时变压器辅助绕组随输出也建立电压，给VIPer12A供电，开始正常工作，RS为电流取样电阻，同时有过载保护作用。
首先我们用VIPer12A设计成一个离线式开关电源，采用光电隔离、单端反激式拓扑结构。如下图所示，VIPer12A内带一个PWM控制器和一个高压MOSFET(场效应管)，当PWM控制输出为高电平时，场效应管导通，变压器TF初级开始储能，输出电压由变压器次级的输出电容C5来维持，由于工作频率较高，所以输出电容不需要太大；当PWM控制输出为低电平时，场效应管截止，变压器次级开始向负载释放能量，同时对输出电容进行充电，整个过程通过光电耦合U2的反馈支路进行控制。考虑到输出电压太高会引起VIPer12A本身损耗增大、发热损坏，所以本电路应用低成本的双运放U4(LM358)中的一个(U4：2)设计成电压控制环路。使该电源输出最高电压控制在13.5V左右，能够快速有效地保护电源工作在可控范围内。同时为了控制LED的功耗，我们又用双运放U4的另一个设计成电流控制环路，使LED工作在，恒流350rnA左右，以满足LED的工作要求，限制其自身功耗，双环路的控制可以提高本电源的可靠性和稳定性，为防止产生自激。两个环路各自增加了RC补偿网络。本设计电路如下图。启动时由芯片的高压源产生激磁电流，使输出建立电压，同时变压器辅助绕组随输出也建立电压，给VIPer12A供电，开始正常工作，RS为电流取样电阻，同时有过载保护作用。
3.变压器设计与制作
本电源的核心是设计变压器，可以通过相关的设计工具或估算来进行，由于工作在60kl-1z，使用的磁芯都为铁氧体材料，选择磁芯可参考以下公式：Aw×Ae=Ptxl06/[2×KoxKc×Fosc×Bm×J×n]
其中：P1(变压器的标称输出功率)=Pout=0.35×13.5≈5WKo(窗口的铜填充系数)≈0.2Kc(磁芯填充系数)=1(对于铁氧体)FOSC该LED灯电源工作频率，为60kHzBm(变压器磁通密度)=1500GsJ(电流密度)=5A/mm2，为变压器工作效率按90％估算Aw为窗口面积，Ae为磁芯的有效截面积Aw×Ae=5×106/[2x02×1×60×103×1500Gs×5×090]=0.031cm4考虑到绕线空间，选择窗口面积大一些的磁芯，查有关手册：
本电源的核心是设计变压器，可以通过相关的设计工具或估算来进行，由于工作在60kl-1z，使用的磁芯都为铁氧体材料，选择磁芯可参考以下公式：Aw×Ae=Ptxl06/[2×KoxKc×Fosc×Bm×J×n]
其中：P1(变压器的标称输出功率)=Pout=0.35×13.5≈5WKo(窗口的铜填充系数)≈0.2Kc(磁芯填充系数)=1(对于铁氧体)FOSC该LED灯电源工作频率，为60kHzBm(变压器磁通密度)=1500GsJ(电流密度)=5A/mm2，为变压器工作效率按90％估算Aw为窗口面积，Ae为磁芯的有效截面积Aw×Ae=5×106/[2x02×1×60×103×1500Gs×5×090]=0.031cm4考虑到绕线空间，选择窗口面积大一些的磁芯，查有关手册：
选用日本NICeraE119铁氧体磁芯，初始导磁率为2300，E119铁氧体磁芯.有效截面积Ae=23mm2，它的窗口面积Aw=55mm2
E119的功率容量乘积为：
Ap=Ae×Aw=0.23×0.55=0.12cm4>0.031cm4.满足计算要求(实际选择后还需验证调整)，下图为变压器引脚及外形图。
E119的功率容量乘积为：
Ap=Ae×Aw=0.23×0.55=0.12cm4>0.031cm4.满足计算要求(实际选择后还需验证调整)，下图为变压器引脚及外形图。
变压器各绕组的计算与电源工作方式、电源输入电压范围、工作频率、脉冲占空比等诸多因素有关，过程较为复杂，而且结果不是唯一的，这里只把某一计算结果列出。
初级线圈P1，P2为直径0.16mm的高强度漆包线，112匝，初级电感量为2.0mH：
辅助线圈B1，B2为直径0.12mm的高强度漆包线，50匝；次级线圈(输出绕组)S1，S2为直径0.32mm的高强度漆包线，30匝。
由于本变压器体积较小，主要考虑安全绝缘工艺，先绕辅助绕组，加一绝缘层，再绕初级绕组，加三层绝缘，最后绕次级绕组，外包绝缘层，注意同名端不能弄错。
需要注意的是，辅助绕组是提供在电源启动后提供芯片电源的，由于VDD的正常范围为9～38V，根据单端反激式电源的工作方式，该绕组与输出绕组同名端极性相同，它的计算依据次级线圈匝数和电压来确定，也就是说，辅助线圈与次级线圈的匝数比就是辅助电压与输出电压之比，当输出电压在6～13.5V变化时，辅助电压VDD必须在9～38V的范围内，否则该电源的性能指标就达不到设计要求。如下图所示。
4 PCB板设计
本电源设计成长方形，可以与光源的散热结构组装在一起，做成类似于小日光灯的家用照明灯， 下图为PCB板及元件布置图：
当然根据LED灯具要求，也可以设计成园型，做成灯头型的。
三、测试与分析
测试具体分二步进行，先使用模拟负载，再接实际LED光源，电源输入端接功率表，具体结果见下表。
当输出短路时，电源打嗝保护正常，当输出为13.6V，电源输入功率为6.3W，其电源效率为13.6×0.338/6.3=73％，效率较高；当电源调为ACl87V和AC265V时，负载测试数据同下表。
当输出短路时，电源打嗝保护正常，当输出为13.6V，电源输入功率为6.3W，其电源效率为13.6×0.338/6.3=73％，效率较高；当电源调为ACl87V和AC265V时，负载测试数据同下表。
|
电压/V
声明：本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人，不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用，如有内容侵权或者其他违规问题，请联系本站处理。
举报投诉
发布评论请先 登录 相关推荐
热点推荐
VIPer0P：零功耗离线高压转换器的卓越之选VIPer0P：零功耗离线高压转换器的卓越之选 在电子设备的电源设计领域，高效、节能且稳定的电源转换器一直是工程师们追求的目标。VIPer0P作为一款零功耗离线高压转换器，凭借其独特的
探索VIPer22A单输出参考板：高效电源设计的秘诀探索VIPer22A单输出参考板：高效电源设计的秘诀 在电子工程师的日常工作中，电源设计是至关重要的一环。今天，我们将深入探讨STMicroelectronics公司的VIPer22A
STEVAL - ISA014V1：VIPer12A旅行适配器的设计与特性解析STEVAL - ISA014V1：VIPer12A旅行适配器的设计与特性解析 在电子设备日新月异的今天，电源适配器作为重要的配件，其性能和成本一直是工程师们关注的焦点。今天我们就来深入了解一下
VIPER27：高性能离线转换器的技术解析与应用电子设备中。今天，我们就来深入了解一下VIPER27的相关技术细节。 文件下载： EVLVIP27L-12WS.pdf 一、VIPER27的特性亮点 1. 强大的功率部分 VIPER2
基于VIPER26的12V/12W非隔离反激式电源设计与分析基于VIPER26的12V/12W非隔离反激式电源设计与分析 在电子设备的电源设计领域，非隔离反激式电源
VIPER26：高性能智能高压转换器的深度解析VIPER26：高性能智能高压转换器的深度解析 引言 在电子工程师的日常工作中，选择合适的电源转换芯片至关重要。VIPER26作为一款智能高压转换器，集成了800V雪崩耐量功率MOSFET与PWM
深入剖析VIPER16：高性能离线转换器的技术详解深入剖析VIPER16：高性能离线转换器的技术详解 在电子设计领域，选择合适的转换器对于实现高效、稳定的电源供应至关重要。VIPER16作为一款备受关注的离线转换器，凭借其独特的性能和丰富的功能，在
VIPer22A-E系列：低功耗离线SMPS原边开关的卓越之选VIPer22A-E系列：低功耗离线SMPS原边开关的卓越之选 在电子工程师的日常工作中，寻找一款性能出色、功能丰富的低功耗离线开关电源（SMPS）原边开关是一项关键任务。今天，我就来给大家详细介绍
VIPer22A-E系列：低功耗离线SMPS初级开关器的卓越之选VIPer22A-E系列：低功耗离线SMPS初级开关器的卓越之选 在电子工程师的日常工作中，寻找高性能、低功耗的电源解决方案是一项持续的挑战。今天，我们就来深入探讨ST公司的VIPer
VIPER16：高效离线转换器的设计秘籍VIPER16：高效离线转换器的设计秘籍 在电源设计领域，一款性能出色且功能丰富的离线转换器往往是工程师们的得力助手。今天，我们就来深入探讨一下ST公司的VIPER16，这是一款属于Fixed
VIPER17：高性能离线转换器的卓越之选VIPER17：高性能离线转换器的卓越之选 在电子工程师的日常工作中，选择一款合适的转换器芯片对于电源设计的成败至关重要。今天，我们就来深入探讨一下STMicroelectronics推出
VIPER12A-E：低功耗离线开关电源初级开关器的详细解析VIPER12A-E：低功耗离线开关电源初级开关器的详细解析 在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的电源开关器至关重要。今天，我们就来深入探讨一款性能出色的低功耗离线开关电源初级开关
VIPER06：节能型高压转换器的设计利器下载： viper06.pdf 一、应用领域广泛 VIPER06的应用场景十分丰富，它可以替代电容式电源，在家用电器、电力计量以及LED驱动器等方面都能大显身手。这意味着在不同的电子设
VIPer0P：零功耗离线高压转换器的卓越之选VIPer0P：零功耗离线高压转换器的卓越之选 在电子设备的电源管理领域，高效、节能且可靠的电源转换器一直是工程师们追求的目标。今天，我们就来深入探讨一款名为VIPer0P的零功耗离线
VIPER16：高效离线转换器的设计与应用指南VIPER16：高效离线转换器的设计与应用指南 引言 在电子设备的电源设计中，一款性能优异的离线转换器至关重要。今天要给大家介绍的是ST公司的VIPER16，它属于Fixed frequency
|
评论