一款长寿命LED驱动电路设计方案

　　该方案以延长电路使用寿命为主题，以开关电源与线性电源相互结合为基础，扬长避短充分利用各自的优势，因为开关电源具有高效率的能量变换的特点而线性电源具有无输出纹波的特点，本设计方案充分利用其各自的优势来替代电解电容滤波，有效的解决了现有LED驱动电路存在寿命短的问题。这款LED驱动电路无大容量电解电容，小型电容可以采用长寿命的薄膜电容等容性元件，使其具有寿命长、效率高、纹波电流小特点，并且具有较高的安全性和稳定性。

　　1.前言

　　LED（发光二极管）为新一代的绿色照明光源，具有节能、环保、高亮度、长寿命等诸多优点。它不仅是照明光源的新宠，也与人们的生活戚戚相关。因此，研制长寿命的驱动电源，构建高效率、低成本、高功率因数和是LED灯发光品质和整体性能的关键，也是LED照明技术发展的需要。据不完全统计现有的白炽灯泡寿命比LED灯少约40倍。因为发光二级管不仅是直流电流驱动器件，也是光电转换器，有将光电转换的功能。它的作用主要是通过流动电流，将电能转变为光能，所以其优势是比一般的光源的节能效率和工作寿命都要高。但是，在LED驱动电源的整流电路和滤波电路中一般需要使用大容量的电解电容。电解电容器的寿命一般为l05℃/2000h，就是说当电容周围温度升高到105℃时其寿命只有84天，即使工作在温度为85℃的环境中，使用寿命也仅为332天，所以电解电容是阻碍LED驱动电路寿命的主要原因。为了提高驱动电源的寿命，有必要去掉电解电容，为此文中提出一种无电解电容的高亮度LED驱动电源。

　　2.LED驱动电路的工作原理

　　本设计方案电路的总体框图如图1所示：

　　

　　电路拓扑采用反激式拓扑电路、利用PWM控制开关频率，使其输出恒定的电流和电压，驱动LED灯。主要包括：前级保护电路、EMI滤波电路、整流电路、RCD钳位电路、同步整流电路、功率转换电路、输出滤波电路、反馈电路、控制电路等。

　　为了使电路受电磁干扰较小，将EMI滤波电路接在前级保护电路后，通过它将电路中的高次谐波和电路中的浪涌滤除。

　　在输入整流部分上，分别由桥式整流电路及π型滤波电路构成，因为二极管具有单向导通的特性，所以桥式整流电路可以将交流电转换为单向的直流电，而后在π型滤波电路的作用下，输出稳定直流电压。

　　再由控制电路调节和控制使输出达到设计值，最后经过输出滤波电路，使输出波纹减小变成直流电，最后将直流电输出给LED使用。

　　3.LED驱动电路的具体设计

　　3.1 输入电路的设计

　　本设计电路的指标为：输入交流电压Vin:90-264 VAC/50-60Hz;输出电压Vo:27VDC;输出电流Io:0.68A.

　　如图2所示，输入电路包括安全保险装置、EMI噪声滤波装置、桥式整流电路和π型滤波电路。

　　

　　如图2所示，为了减少在1MHz的频段内的电磁干扰，由电容C1、C2和电感L1、L2组成了EMI噪声滤波电路。安全保险装置由保险丝和ZNR组成，当有危害电路的尖峰电流产生的时候，保险丝会迅速切断电路以保护负载;ZNR是浪涌吸收器，当驱动电路的输入端出现静电和浪涌时它会变得阻抗很高，因此可以保护后面的电路。桥式整流滤波电路，它的作用是将交流电转换成直流电，其后的π型滤波器的作用滤除电路中电压与电流的波纹。

　　3.1.1 EMI滤波器的设计

　　

　　EMI滤波电路图如图3所示，EMI滤波电路在整流桥前，由差模电容CX1和CX2，主要用于衰减差模干扰，其值一般较大。

　　为了减少差模干扰，所以在整流桥后添加由C1、C2和L1组成π型差模滤波器。

　　EMI滤波电路中的差模电容选用X安规电容，安全等级为X2，其耐压值2500V，其中CX1=0.47uF，CX2=0.01uF.共模电感LX1为7mH和LX2为1mH.整流桥后π型滤波电路的C1和C2滤波电容选用耐压450V的薄膜电容，其电容值为0.22uF;差模电感L1大小为1mH.

　　

　　从图4中可以看出，当频率高过1KHZ时噪声信号会有明显的下降。可以看出该电路可以有效地降低高频干扰。

　　3.1.2 整流桥二极管的选择

　　整流桥二极管的电压应力为：

　　

　　考虑裕量，选用H D 0 6 （ V R = 6 0 0 V，IFAN=0.8A）。

　　3.2 高频反激变压器的设计

　　3.2.1 变压器的参数的设计

　　（1）使用90Vac输入电压和9串负载做为最差工作条件来设计。

　　

　　3.2.2 变压器的仿真

　　

　　如图5所示，变压器工作在DCM条件下原边与副边的电路电流波形图。从图中可以看出原边电流Ipm与副边电流Ism的值总是在从0开始增加，变压器工作在此状态可以保证能量的基本完全传递。