基于LED路灯的PFC开关电源驱动设计方案

最新更新时间:2014-03-09来源: 21IC关键字:LED路灯  PFC  开关电源 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

LED路灯是低电压、大电流的驱动器件,其发光的强度由流过LED的电流决定,电流过强会引起LED的衰减,电流过弱会影响LED的发光强度,因此LED的驱动需要提供恒流电源,以保证大功率LED使用的安全性,同时达到理想的发光强度。用市电驱动大功率LED需要解决降压、隔离、PFC(功率因素校正)和恒流问题,还需有比较高的转换效率,有较小的体积,能长时间工作,易散热,低成本,抗电磁干扰,和过温、过流、短路、开路保护等。本方案设计的PFC开关电源性能良好、可靠、经济实惠且效率高,在LED路灯使用过程中取得满意的效果。

1 系统结构框图

采用隔离变压器、PFC控制实现的开关电源,输出恒压恒流的电压,驱动LED路灯。电路的总体框图如图1所示。

 

 

LED抗浪涌的能力是比较差的,特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护也很重要。LED路灯装在户外更要加强浪涌防护。由于电网负载的启甩和雷击的感应,从电网系统会侵入各种浪涌,有些浪涌会导致LED的损坏。因此LED驱动电源应具有抑制浪涌侵入,保护LED不被损坏的能力。EMI滤波电路主要防止电网上的谐波干扰串入模块,影响控制电路的正常工作。

三相交流电经过全桥整流后变成脉动的直流在滤波电容和电感的作用下,输出直流电压。主开关DC/AC电路将直流电转换为高频脉冲电压在变压器的次级输出。变压器输出的高频脉冲经过高频整流、LC滤波和EMI滤波,输出LED路灯需要的直流电源.

PWM控制电路采用电压电流双环控制,以实现对输出电压的调整和输出电流的限制。反馈网络采用恒流恒压器件TSM101和比较器,反馈信号通过光耦送给PFC器L6561.由于使用了PFC器件使模块的功率因数达到0.95.

2 DC/DC变换器

DC/DC变换器的类型有多种,为了保证用电安全,本设计方案选为隔离式。隔离式DC/DC变换形式又可进一步细分为正激式、反激式、半桥式、全桥式和推挽式等。其中,半桥式、全桥式和推挽式通常用于大功率输出场合,其激励电路复杂,实现起来较困难;而正激式和反激式电路则简单易行,但由于反激式比正激式更适应输入电压有变化的情况,且本电源系统中PFC输出电压会发生较大的变化,故DC/DC变换采用反激方式,有利于确保输出电压稳定不变。

反激式开关电源主要应用于输出功率为5~150W的情况。这种电源结构是由Buck-Boost结构推演并加上隔离变压器而得到,如图2所示。在反激式拓扑中,由变压器作为储能元件。开关管导通时,变压器储存能量,负载电流由输出滤波电容提供;开关管关断时,变压器将储存的能量传送到负载和输出滤波电容,以补偿电容单独提供负载电流时消耗的能量。

 

 

图中T1为高频隔离变压器,VQ1为CMOS功率三极管17N80C3,VD7和VD8是瞬变抑制二极管,VD6为快恢复二极管,VD5为双二极管,C3、C4、C5和C6为电解电容器。Ubout是来自整流桥的脉动直流信号,GD是来自功率因数校正电路的控制信号。变压器的引线l和2组成一个绕组,给PFC器件提供工作电源,引线11和12组成一个绕组,为恒流恒压器件和比较器提供工作电源。

3 反馈网络电路

3.1恒流恒压电路

本设计使用恒流恒压控制器件TSM101调节输出电压和电流,使之稳定。电路如图3所示。通过TSM101的控制作用,保证了电源恒流(CC)和恒压(CV)工作。图3中,Uout+和Uout-是隔离变压器经过双二极管和电解电容器滤波的电压,再经电感L4和电容滤波后的输出为Uout+和Uout-,为本电源模块的输出电压,直接加在LED路灯上。可调电阻器RV1和RV2分别调节输出电压和电流的大小。R10和R11为22mΩ的电阻,分别对电源输出的电压和电流采样。TMS101的输出TOUT通过光电耦合器、可控硅和三极管等电路送到L6561的引脚5,通过反馈电路实现恒流控制。器件引脚8接辅助电源,引脚4接变压器T1副边地。

 

3.2比较器电路

采用比较器LM258,电路如图4所示。

 

 

输出端的采样电阻两端的电压信号VR+和VR-送到比较器LM258,通过与预设电压进行比较,产生电压反馈信号DOUT.VF为变压器T1副边绕组产生的辅助电源。

4 PFC电路

本设计采用最常见的有源功率因数校正的控制器件L6561.PFC电路工作原理如图5所示。

 

 

L6561的引脚8为电源输入端,由变压器T1的副边绕组提供;引脚7为驱动信号输出引脚,直接驱动MOS管VQ1;引脚6为参考地,该引脚和主回路的地连在一起;引脚5为过零检测引脚,用于确定何时导通MOS管。变压器T1的引脚1和引脚2组成的绕组,通过电阻将电感电流过零信号传输至该器件的引脚5,同时比较器LM258产生的信号DOUT通过光耦、三极管、可控硅等传输至器件的引脚5,以检测输出电流。引脚4为MOS管电流采用引脚,器件将该引脚检测到的信号与器件内部产生的电感电流信号相比较,来确定何时关断MOS管。图2中电阻R4作为电流检测电阻,采样MOS管电流,该电阻一端接于系统地,另一端同时在MOS管的源极和器件的引脚4.引脚3为器件内部乘法器的一个输入端,该引脚与整流桥电路输出电压相连,确定输入电压的波形与相位,用以生成器件内部的电感电流参考信号。图5中,Ubout经3只电阻分压后传送到引脚3.引脚2为内部乘法器的另一个输入端,同时为电压误差放大器的输出端,引脚1为系统反馈电压的输入端。恒流恒压器件的输出TOUT通过光耦将电压反馈传送到器件的引脚1,形成输出电压的负反馈回路。电阻R28和电容C18连接于器件的引脚1和引脚2之间,用于形成电压环的补偿网络。

5 测试结果

电源模块电装完后,加上负载,用示波器对关键点测试,图6(a)为整流桥的输出电压Ubrout+,图6(b)为Ubrout+流过电感后的电压Ubout+的波形,图6(c)为双二极管的输出电压Ucout+的波形。

 

 

6 结论

本方案采用有源PFC功能电路设计的室外LED路灯电源,内置完整的EMC电路和高效防雷电路,符合安规和电磁兼容的要求。采用电压环反馈,限压恒流,效率高,恒流准,范围宽,实现了宽输入,稳压恒流输出,避免了LED正向电压的改变而引起电流变动,同时恒定的电流使LED的亮度稳定。整机元件较少,电路简单。功率为90W,功率因数达0.95.根据用户需求可在恒流输出中增加LED温度负反馈,防止LED温度过高。

关键字:LED路灯  PFC  开关电源 编辑:探路者 引用地址:基于LED路灯的PFC开关电源驱动设计方案

上一篇:LED电源设计的线性和开关式结合方案
下一篇:LED电源的四种保护电路设计

推荐阅读最新更新时间:2023-10-12 22:36

一种基于推挽逆变的车载开关电源电路设计方案
随着现代汽车用电设备种类的增多,功率等级的增加,所需要电源的型式越来越多,包括交流电源和直流电源。这些电源均需要采用开关变换器将蓄电池提供的+12VDC或+24VDC的直流电压经过DC-DC变换器提升为+220VDC或+240VDC,后级再经过DC-AC变换器转换为工频交流电源或变频调压电源。对于前级DC-DC变换器,又包括高频DC-AC 逆变 部分、高频变压器和AC-DC整流部分,不同的组合适应不同的输出功率等级,变换性能也有所不同。推挽逆变电路以其结构简单、变压器磁芯利用率高等优点得到了广泛应用,尤其是在低压大电流输入的中小功率场合;同时全桥整流电路也具有电压利用率高、支持输出功率较高等特点,因此本文采用推挽逆变-高频变压器-
[电源管理]
一种基于推挽逆变的车载<font color='red'>开关电源</font>电路设计方案
TDA16832变频空调开关电源电路原理图
图 变频空调开关电源电路原理图 电路原理如图所示。适用于3kW以下三相变频器供电的要求。由于外围元件少,电路简单,可靠性很高。TDA16832本身无须散热器。
[电源管理]
TDA16832变频空调<font color='red'>开关电源</font>电路原理图
基于数字控制的开关电源设计与实现
在高功率因数校正AC/DC电路中广泛采用UC3842、UC3855A等专用控制芯片来实现功率因数校正,而在移相全桥DC/DC电路中广泛采用TL494、UC3875等专用电源芯片来驱动开关管,特定的电源芯片本身不可编程、可控性较差、难以扩展以及不易升级维修,同时电源芯片为模拟控制芯片,具有模拟电路难以克服的由温漂和老化所引起的误差,无法保证系统始终具有高精度和可靠性,克服以上缺点可采用数字控制器DSP代替传统的模拟控制芯片。目前数字处理(DSP)技术逐渐成熟,新一代DSP采用哈佛结构、流水线操作,即程序、数据存储器彼此独立,在每一时钟周期中完成取指、译码、读数据以及执行指令等多个操作,从而大大减少指令执行周期。另外,由于其特有的寄
[单片机]
基于数字控制的<font color='red'>开关电源</font>设计与实现
低噪声开关电源原理电路图
电路如图所示,该电路可以获得更大的输出功率,只需更改部分器件。图中左边的电路 R1,L1,D1,C1至C7是常规的共模滤波和整流电路,获取约300 V的直流电压供DC-DC变换电路使用;最右边电路L5,C11等是普通的LC滤波电路;IC2,D8,R9,R10组成电压反馈电路,形成闭环结构,稳定电源输出电压;中间部分是DC-DC变换器,降噪声的关键是对这一部分的电路进行适当处理。  
[电源管理]
低噪声<font color='red'>开关电源</font>原理电路图
单激式变压器开关电源
单激式变压器开关电源 变压器开关电源的最大优点是,变压器可以同时输出多组不同数值的电压,改变输出电压和输出电流很容易,只需改变变压器的匝数比和漆包线截面积的大小即可;另外,变压器初、次级互相隔离,不需共用同一个地。因此,变压器开关电源也有人把它称为离线式开关电源。这里的离线并不是不需要输入电源,而是输入电源与输出电源之间没有导线连接,完全是通过磁场偶合传输能量。 变压器开关电源采用变压器把输入输出进行电器隔离的最大好处是,提高设备的绝缘强度,降低安全风险,同时还可以减轻EMI干扰,并且还容易进行功率匹配。 变压器开关电源有单激式变压器开关电源和双激式变压器开关电源之分,单激式变压器开关电源普遍应用于小功率电子设备之中,
[电源管理]
单激式变压器<font color='red'>开关电源</font>
开关电源原理与设计(连载26)双激式变压器开关电源(part1)
      1-8.双激式变压器开关电源       所谓双激式变压器开关电源,就是指在一个工作周期之内,变压器的初级线圈分别被直流电压正、反激励两次。与单激式变压器开关电源不同,双激式变压器开关电源一般在整个工作周期之内,都向负载提供功率输出。双激式变压器开关电源输出功率一般都很大,因此,双激式变压器开关电源在一些中、大型电子设备中应用很广泛。这种大功率双激式变压器开关电源最大输出功率可以达300瓦以上,甚至可以超过1000瓦。       推挽式、半桥式、全桥式等变压器开关电源都属于双激式变压器开关电源。       1-8-1.推挽式变压器开关电源的工作原理       在双激式变压器开关电源中,推挽式变压器
[电源管理]
<font color='red'>开关电源</font>原理与设计(连载26)双激式变压器<font color='red'>开关电源</font>(part1)
高频开关电源的分段线性PID
由于积分是滞后校正环节,而微分是超前校正环节,因此在控制误差e(n)较大时,应采用比例一微分(PD)调节(不用积分),这样可以改善系统的响应快速性;而在控制误差c(m)较小时,则应采用比例一积分(PI)调节(不用微分),这样可以使系统具有较好的稳定性,避免振荡。   为此,设置了两个误差限△1和△2,并且△1 △2分段线性PID算法可以描述为:   变参数PID   所谓变参数PID,是指根据被控对象(开关电源)的各种不同的运行工况,如空载和满载、输入电压高或低等,采用不同的比例系数TP、积分时间常数Ti和微分时间常数Td,使系统的控制特性在各种情况下都能保持最优。
[电源管理]
高频<font color='red'>开关电源</font>的分段线性PID
当今开关电源技术四大趋势
要: 电源技术一直是电子电路研究的最重要技术领域之一,而开关电源技术,又是电源技术中的主要技术。以下转摘的这篇技术文章,能够很好地说明开关电源技术在近年来的一些新进展。 一、非隔离DC/DC技术迅速发展 近年来,非隔离DC/DC技术发展迅速。目前一套电子 设备 或电子系统由于负载不同,会要求电源系统提供多个电压挡级。如台式PC机就要求有+12V、+5V、+3.3V、-12V四种电压以及待机的+5V电压,主机板上则需要2.5V、1.8V、1.5V甚至1V等。一套AC/DC中不可能给出这样多的电压输出,而大多数低压供电电流都很大,因此开发了很多非隔离的DC/DC,它们基本上可以分成两大类。一类在内部含有功率开关
[新品]
小广播
热门活动
换一批
更多
最新电源管理文章
更多精选电路图
换一换 更多 相关热搜器件
更多每日新闻
随便看看
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved