應用于LED的大功率驅(qū)動電源設計

黃鋒

摘 要：本文主要就LED對驅(qū)動電源要求及特征加以闡述，然后就LED驅(qū)動電源整體設計詳細探究。

關鍵詞：LED；大功率；驅(qū)動電源設計

電力照明的發(fā)展經(jīng)過了幾個重要階段，高強度氣體放電對使用環(huán)境的要求比較高，成本也比較高。LED照明技術的出現(xiàn)時間相對比較晚，但是優(yōu)勢比較突出，是新型環(huán)保高科技光源。而對于LED大功率驅(qū)動電源的設計需求在當前頁表現(xiàn)的比較突出，這就需要從多方面加強重視，保障設計的目標實現(xiàn)。

1 LED驅(qū)動電源特征體現(xiàn)及對其的要求

1.1 LED驅(qū)動電源特征體現(xiàn)

對于LED驅(qū)動電源的方案比較多，雖然有諸多方案，但是并不能直接對其供電。驅(qū)動電源的類型也比較多，有高壓和低壓驅(qū)動，也有過度電壓和市電驅(qū)動類型。例如過度電壓驅(qū)動，即為給LED供電電壓值在LED管壓降附近，這一電源供電在LED礦燈上應用比較多。為能有效配合鋰電池工作，體積就相對比較小，這樣也降低了成本。如低壓驅(qū)動的類型，在使用電池供電的時候電壓值在0.8～1.65V，供電方式就用于便攜電子產(chǎn)品，驅(qū)動小功率以及中功率白光LED，對于這一類型方案最好的應用電路就是電荷泵式升壓變換器。再如高壓驅(qū)動的類型，這是給LED供電電壓始終高于LED管壓降，主要是用于驅(qū)動LED燈的。

1.2 LED對驅(qū)動電源要求

LED之所以得到了廣泛應用正是基于自身的優(yōu)勢特點，對LED驅(qū)動電源也會有著比較特殊的要求，這就和普通的使用電源相比較來說，參數(shù)要求比較高。LED是含有PN結的器件，發(fā)光原理也是在PN支持下實現(xiàn)的，有著單向?qū)щ娦?，故此要采用直流電源以及單向脈沖電壓供電。LED發(fā)光的特點就是在向電壓超過閾值電壓后有電流通過，這樣才會發(fā)光，其光度強弱和流過電流大小有著緊密聯(lián)系，在電流增大的時候光通量也會增大，此時的光線就比較強。LED對驅(qū)動電源的要求有幾個重要層面要加強重視，驅(qū)動電源電壓是直流電壓。驅(qū)動電源有比較高的功率轉換效率，這就增加了LED路燈節(jié)能優(yōu)勢。為得到穩(wěn)定光輸出以及亮度，就要求驅(qū)動電源對LED提供恒定電流。驅(qū)動電源也有恒流電流調(diào)節(jié)功能，在相應范圍就能對LED亮度以及色調(diào)實施有效調(diào)節(jié)。

2 LED驅(qū)動電源整體設計

2.1 LED驅(qū)動電源結構和電路選擇

LED驅(qū)動電源分成直流和交流供電方式，其中的直流供電則主要是運用電池以及電瓶等，直接供電的LED驅(qū)動電源就要結合直流電源特性來選擇控制方式以及拓撲結構。而對于交流供電LED驅(qū)動電源就能保障其達到理想發(fā)光效果，并且能保證驅(qū)動電源體積以及效率和安全。也比較符合國家的相關質(zhì)量標準。高頻開關電源發(fā)展下，成為高效高性能LED驅(qū)動電源設計，并為其發(fā)展提供了良好平臺。選擇結構的時候就會遇到專用以及通用LED驅(qū)動芯片，這就要結合實際進行判斷，驅(qū)動電路分由LED專用驅(qū)動芯片構成以及通用兩種，LED專用驅(qū)動芯片就是依照著LED發(fā)光特性設計的；通用芯片則是自身不是為LED驅(qū)動電路設計，也能運用到其他的電路上。還有就是隔離和非隔離式驅(qū)動，LED驅(qū)動電源按照著輸入輸出有無公共點分成隔離和非隔離式驅(qū)動，前者的電路設計就相對比較簡單化，所運用的元件也比較少，效率較高等。而非隔離式電路的電壓抑制能力相對比較差。

另外，LED驅(qū)動電源的電路選擇也是比較重要的內(nèi)容。這就涉及到諧振變換器，傳統(tǒng)的有串聯(lián)諧振變換器，諧振網(wǎng)絡以及負載組成分壓電路，諧振回路阻抗在隨著開關頻率而發(fā)生改變，負載的直流增益是小于1的。變換器工作在諧振頻率的時候，串聯(lián)諧振回路阻抗就相對比較小，增益也是最大。主要的應用優(yōu)勢就是阻直電容能避免高頻變壓器飽和，在開關的頻率大于諧振頻率的時候，原邊功率開關就能實現(xiàn)ZVS開通。再有就是并聯(lián)諧振變換器，其主要的應用優(yōu)勢就是開關頻率大于諧振頻率的時候原邊功率開關能夠?qū)崿F(xiàn)ZVS開通等。

2.2 LED驅(qū)動電源具體設計

LED驅(qū)動電源有著其自身的特殊性，對其電路的設計環(huán)節(jié)是比較關鍵的，此次對LED驅(qū)動電源的設計規(guī)格是交流輸入電壓范圍88——264V，半橋LLC電路輸出電壓48V。對于功率校正電路的部分，有源功率因數(shù)校正部分是在NCP1613功率因數(shù)校正基礎上的，其交錯式有源功率因數(shù)校正控制器的應用過程中，兩路電路開關受芯片控制，有平角相位差。電感當中電流的相關工作中，和連續(xù)導電模式進行了比較緊密的結合，主要的工作優(yōu)勢是大大降低了電磁干擾以及輸出電流文波。而對于恒流驅(qū)動主電路而言，輸出端可是十個三瓦大功率LED組成的混聯(lián)電路供電。

LED驅(qū)動電源的設計過程中，對于半橋LLC諧振電路的設計方面，就要充分注重其結構，常規(guī)諧振變換器依照著負載連接方式。串聯(lián)諧振變換器就是整流負載網(wǎng)絡和一個LC諧振網(wǎng)絡進行串聯(lián)的，這就起到了分壓器作用，小負載下就很難調(diào)節(jié)輸出，頻率是無限的大。未能對LC諧振變換器問題的解決，就可通過對半橋LLC諧振變換器加以應用，這就能有助于實現(xiàn)現(xiàn)寬電壓范圍輸入以及負載大范圍不變下進行調(diào)節(jié)輸出，對整體運行范圍零電壓切換等目標加以實現(xiàn)。

對控制器的設計過程中，就要充分注重電流環(huán)設計，結合CCM工作模式下小信號模型，就能得到電流環(huán)控制結構，（如下圖）。電壓環(huán)的設計能有效保障輸出電壓時有足夠低截止頻率，這就能有效減少輸出文波造成的影響。

3 結語

綜上所述，應用LED的大功率驅(qū)動電源設計就要從多方面加強重視，要充分了解LED驅(qū)動電源的特征優(yōu)勢，并詳細了解其運行的原理等，按照當前對其使用需求進行設計，從而保障設計的整體質(zhì)量。

參考文獻：

[1]黃嬌平.基于ClassE的復合型高頻數(shù)字化LED驅(qū)動系統(tǒng)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學，2016.

[2]鄧玉斌.帶多種保護電路的LED驅(qū)動電路的設計[D].湘潭大學，2016.

[3]張健生.雙管反激式LED驅(qū)動電源的研究[D].廣東工業(yè)大學，2016.

[4]游芳.新型LED驅(qū)動電源與控制技術的研究[D].西華大學，2016.

[5]韓浩.大功率LED驅(qū)動電源的設計與研究[D].青島大學，2014.