摘要：LED光源是一種低壓直流器件，工作過程中容易受到各種干擾。文中提出一種LED驅動電路的抗干擾設計。以供參考。
關鍵詞：LED燈具抗干擾 設計
中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：
前言
LED的驅動電源大多採用開關電源，比如正激式隔離開關電源、反激式隔離開關電源、推挽式開關電源、橋式和半橋式開關電源等。本文採用的是反激式隔離開關電源，通過合理的元件選擇、電路設計、補償電路設計，探索提高效率和合理的LED驅動電源的設計方法。
一、驅動電源的電路設計
該驅動電源採用反激式隔離開關電源設計，實現350 mA的恆流輸出，可以驅動12個1 w的大功率LED。電路整體設計如圖l所示，整個電路的工作原理及工作過程是當110～265 V的交流電輸入電路之後經過保險絲F1。和EMI濾波電路之後整流，其中的EMI電路由一個共模電感T1，和兩個X2型電容Cx1和Cx2組成。在輸入端還有一個負溫度效應的熱敏電阻RTl，這是為了防止浪涌電流對後面的器件造成損害，當電源還沒有通電時，熱敏電阻的阻值很大，所以可以起到限制浪涌電流的作用；當電路正常工作後，熱敏電阻由於有電流通過而發熱，導致電阻會變得很小，所以正常工作後，熱敏電阻的功率損耗是很小的。
電流經過整流橋濾波之後再經過CBB電容C1濾波，然後經過功率因數校正電路，使功率因數提高到0.85～0.90之間。之後電流經過初級繞組、開關管Q1和採樣電阻R2和R3到地，這就是電源輸入端的主迴路。通過控制主迴路的電流實現恆流控制，具體的方法是通過採樣電阻將輸入端的電流信號轉化為電壓信號，反饋到PWM控制晶片的3號引腳調整晶片輸出脈衝的占空比來實現。在主迴路上，由於開關管在斷開的瞬間初級繞組的能量無法瞬間釋放而產生很大的尖峰電壓，如果這部分電壓無法釋放將會造成開關管「打火」而燒毀，所以在初級繞組的兩端還要設計尖峰電壓吸收迴路，這部分電路由肖特基二極體D4、電阻R4，R4和高壓瓷片電容C3組成。當開關管斷開的時候，二極體D4導通，初級繞組和這部分電路形成了迴路，從而實現尖峰電壓的吸收。
電源實現恆流控制的核心是PWM控制晶片OB2532。電阻R1和R2給晶片提供啟動電流。為了提高效率，該電源有一個輔助繞組給晶片供電，輔助繞組的輸出經過整流二極體D5和濾波電容C4之後形成大約20 V的電壓給晶片供電。同時，這個繞組還起到另外一個關鍵的作用——電壓採樣，輸出電壓經過R9和R10分壓之後反饋到晶片的4號引腳。為了使晶片能夠穩定的穩壓，在晶片的5號引腳和地之間串聯一個電容C8作為環路補償。晶片的2號埠是脈衝的輸出端，輸出端與場效應管Q1的柵極連接以控制開關管的導通與截止。輸入電壓經過變壓器變壓之後，經過超快速恢復二極體D6整流之後由電解電容C5濾波再輸出。
在二極體D6上，並上電阻R11和電容C7是由於二極體在電路工作時處在高頻的開關狀態，加上這部分電路可以避免二極體產生振蕩。
該電源電路涉及的主要分電路的設計分述如下：制輸出電流，可以在輸出迴路串聯採樣電阻通過光耦反饋實現初級繞組和次級繞組的隔離。
2開關變壓器的選擇與設計
變壓器的設計是開關電源設計的核心，反激式的開關變壓器在電路中起到兩個作用：儲能電感，當開關管導通時，初級繞組開始儲存能量；當開關管截止時，初級繞組儲存的能量通過磁芯傳遞給次級繞組。因此，該設計對於電感主要考慮兩個方面：
一是初級繞組的電感量，這決定了電源的輸出功率，可通過改變繞組的線圈匝數改變電感量；二是各繞組之間的匝數比。在計算這兩個參數的同時，也涉及到電源的輸入功率、輸出功率、效率和開關頻率等問題。該設計的最大占空比為45％。效率預計為85％，輸出功率為40×0.35—14 w，開關頻率為60 kHz，經過理論計算並考慮裕量，本設計初級繞組的電感取1．5 mH。根據測試，變壓器的磁芯係數為：88．7μH，所以有初級繞組的匝數為130匝。
該設計採用的是基於最大占空比的設計方法來確定變壓器匝數比，經過理論計算當電源加到負載的電壓40 V時，再考慮輸出二極體的壓降0.6 V。則變壓器的匝數比為0.45，這裡計算出來的結果是匝數比N的最小值。根據電感量的要求，初級繞組已經確定為130匝，則次級繞組的匝數為58．5匝，為了方便繞制，可將匝數取為60匝，匝數比N為0．46，對於反激式開關電源，最大占空比小於50％時，系統是固有穩定的，不用增加補償電路。
3功率因數校正電路
由於LED驅動電路中採用電感和電容等元件，引起相位漂移，所以功率因數比較低，一般不會超過0．6。提高功率因數不僅可以減少線路的損耗，還能減少電源產生的高次諧波對電網的污染，提高供電的質量。該設計採用的「填谷電路」(又稱平衡半橋補償電路)就是無源校正電路中典型的一種，電路原理如圖3所示。
該電路中的電容C1和C2採用10μF／400 V的電解電容，兩電容參數相同，通過電容的充放電作用，能夠增加導通角，在正半周期可以將導通角擴展到30O～150O，在負半周期可拓展到210O～330O。因此通過該電路可以將功率因數從0.6提高到0.85～0.9。
二、驅動電源電路的PCB設計
一個開關電源的工作性能與電路原理的設計、元件的使用有直接的關係，但是該電源是否能正常工作，PCB的設計也是一個關鍵點。在合理的原理設計的基礎上，作品最終的性能好壞取決於它的布線。不可避免的，PCB的走線會產生一系列的寄生參數，在PCB設計的時候要想辦法減小這些參數。同時，開關電源的一些器件會產生熱量，因此在PCB設計的時候也要考慮到散熱問題。
EMl(電磁干擾)不僅會干擾無線電系統，還會造成其他設備故障。要減小EMI，首先要確定哪個位置可能會成為EMI源。對於一個開關電源，EMI源的中心就是場效應管，因為它處於快速的導通截止狀態，因此存在尖的邊沿，含有高頻分量。如果高頻型號太強，可以在場效應管的柵極串聯一個電阻，電阻一般在10～100Ω的範圍。當開關導通和截止時，這個電阻可以降低柵極充電的速度，使高速開關波形邊沿變陡，高頻諧波含量減小。該設計採用了一個100 Ω的貼片電阻串聯在場效應管的柵極和PWM晶片的脈衝輸出端之間。在PCB布局的時候，開關電流的路徑要儘量保持簡短。另外，還要遠離低頻的元件，比如採樣電阻。
另一個會產生EMI的位置是尖峰電壓的吸收電路。在開關管斷開的瞬間，由於初級繞組的電流不能突變，所以會產生一個尖峰電壓。該設計對這部分電路的處理時儘可能地將這部分和其他EMI源靠近。如圖4所示，尖峰電壓吸收電路由D4，R4，R5，C3組成，R8和Q1的柵極之間就是開關電流的路徑，這部分的布局比較緊湊，就是為了減小EMI的影響。
在本電源中，可能會產生較大熱量的是場效應管、輸出端的整流二極體、尖峰電壓吸收電路。其中，場效應管的熱量比較大，所以採用散熱片給它散熱。其他部分主要是通過大面積的覆銅來散熱。該設計採用貼片元件和插件元件結合的方式，主要是考慮到實際應用中，要儘可能地減小電源的體積，通過貼片元件和插件結合的方式可以將體積縮小1／2以下，主要是因為體積最大的變壓器所在位置的底層可以焊接很多元件。同時，通過這種方式也給布線帶來很大的方便。
結束語
本文給出了一種大功率LED恆流驅動電源的設計方案，該方案包括了涉及到的元器件選擇、總體電路設計、關鍵電路設計、開關電源變壓器的參數設計、電源的PCB設計等。經過實際電路運行測試，本電源在通電之後輸出參數正常。
參考文獻
【1】. 蘇信華.SU Xin-hua 可提高影像刷新率及低電磁干擾的高灰度LED驅動晶片[期刊論文]-現代顯示2007(10)
【2】. 王其洋 LED點光燈在某工程實例中的應用及安裝檢修注意事項[期刊論文]-建築安全2010,25(2)
【3】. 陳緒誠.CHEN Xu-cheng 高校LED電子顯示屏的選型、安裝與管理[期刊論文]-實驗技術與管理2007,24(7)
【4】. 顧林衛.GU Lin-wei 熱控制技術的新進展[期刊論文]-艦船電子對抗2007,30(4)
關鍵詞：LED燈具抗干擾 設計
中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：
前言
LED的驅動電源大多採用開關電源，比如正激式隔離開關電源、反激式隔離開關電源、推挽式開關電源、橋式和半橋式開關電源等。本文採用的是反激式隔離開關電源，通過合理的元件選擇、電路設計、補償電路設計，探索提高效率和合理的LED驅動電源的設計方法。
一、驅動電源的電路設計
該驅動電源採用反激式隔離開關電源設計，實現350 mA的恆流輸出，可以驅動12個1 w的大功率LED。電路整體設計如圖l所示，整個電路的工作原理及工作過程是當110～265 V的交流電輸入電路之後經過保險絲F1。和EMI濾波電路之後整流，其中的EMI電路由一個共模電感T1，和兩個X2型電容Cx1和Cx2組成。在輸入端還有一個負溫度效應的熱敏電阻RTl，這是為了防止浪涌電流對後面的器件造成損害，當電源還沒有通電時，熱敏電阻的阻值很大，所以可以起到限制浪涌電流的作用；當電路正常工作後，熱敏電阻由於有電流通過而發熱，導致電阻會變得很小，所以正常工作後，熱敏電阻的功率損耗是很小的。
電流經過整流橋濾波之後再經過CBB電容C1濾波，然後經過功率因數校正電路，使功率因數提高到0.85～0.90之間。之後電流經過初級繞組、開關管Q1和採樣電阻R2和R3到地，這就是電源輸入端的主迴路。通過控制主迴路的電流實現恆流控制，具體的方法是通過採樣電阻將輸入端的電流信號轉化為電壓信號，反饋到PWM控制晶片的3號引腳調整晶片輸出脈衝的占空比來實現。在主迴路上，由於開關管在斷開的瞬間初級繞組的能量無法瞬間釋放而產生很大的尖峰電壓，如果這部分電壓無法釋放將會造成開關管「打火」而燒毀，所以在初級繞組的兩端還要設計尖峰電壓吸收迴路，這部分電路由肖特基二極體D4、電阻R4，R4和高壓瓷片電容C3組成。當開關管斷開的時候，二極體D4導通，初級繞組和這部分電路形成了迴路，從而實現尖峰電壓的吸收。
電源實現恆流控制的核心是PWM控制晶片OB2532。電阻R1和R2給晶片提供啟動電流。為了提高效率，該電源有一個輔助繞組給晶片供電，輔助繞組的輸出經過整流二極體D5和濾波電容C4之後形成大約20 V的電壓給晶片供電。同時，這個繞組還起到另外一個關鍵的作用——電壓採樣，輸出電壓經過R9和R10分壓之後反饋到晶片的4號引腳。為了使晶片能夠穩定的穩壓，在晶片的5號引腳和地之間串聯一個電容C8作為環路補償。晶片的2號埠是脈衝的輸出端，輸出端與場效應管Q1的柵極連接以控制開關管的導通與截止。輸入電壓經過變壓器變壓之後，經過超快速恢復二極體D6整流之後由電解電容C5濾波再輸出。
在二極體D6上，並上電阻R11和電容C7是由於二極體在電路工作時處在高頻的開關狀態，加上這部分電路可以避免二極體產生振蕩。
該電源電路涉及的主要分電路的設計分述如下：制輸出電流，可以在輸出迴路串聯採樣電阻通過光耦反饋實現初級繞組和次級繞組的隔離。
2開關變壓器的選擇與設計
變壓器的設計是開關電源設計的核心，反激式的開關變壓器在電路中起到兩個作用：儲能電感，當開關管導通時，初級繞組開始儲存能量；當開關管截止時，初級繞組儲存的能量通過磁芯傳遞給次級繞組。因此，該設計對於電感主要考慮兩個方面：
一是初級繞組的電感量，這決定了電源的輸出功率，可通過改變繞組的線圈匝數改變電感量；二是各繞組之間的匝數比。在計算這兩個參數的同時，也涉及到電源的輸入功率、輸出功率、效率和開關頻率等問題。該設計的最大占空比為45％。效率預計為85％，輸出功率為40×0.35—14 w，開關頻率為60 kHz，經過理論計算並考慮裕量，本設計初級繞組的電感取1．5 mH。根據測試，變壓器的磁芯係數為：88．7μH，所以有初級繞組的匝數為130匝。
該設計採用的是基於最大占空比的設計方法來確定變壓器匝數比，經過理論計算當電源加到負載的電壓40 V時，再考慮輸出二極體的壓降0.6 V。則變壓器的匝數比為0.45，這裡計算出來的結果是匝數比N的最小值。根據電感量的要求，初級繞組已經確定為130匝，則次級繞組的匝數為58．5匝，為了方便繞制，可將匝數取為60匝，匝數比N為0．46，對於反激式開關電源，最大占空比小於50％時，系統是固有穩定的，不用增加補償電路。
3功率因數校正電路
由於LED驅動電路中採用電感和電容等元件，引起相位漂移，所以功率因數比較低，一般不會超過0．6。提高功率因數不僅可以減少線路的損耗，還能減少電源產生的高次諧波對電網的污染，提高供電的質量。該設計採用的「填谷電路」(又稱平衡半橋補償電路)就是無源校正電路中典型的一種，電路原理如圖3所示。
該電路中的電容C1和C2採用10μF／400 V的電解電容，兩電容參數相同，通過電容的充放電作用，能夠增加導通角，在正半周期可以將導通角擴展到30O～150O，在負半周期可拓展到210O～330O。因此通過該電路可以將功率因數從0.6提高到0.85～0.9。
二、驅動電源電路的PCB設計
一個開關電源的工作性能與電路原理的設計、元件的使用有直接的關係，但是該電源是否能正常工作，PCB的設計也是一個關鍵點。在合理的原理設計的基礎上，作品最終的性能好壞取決於它的布線。不可避免的，PCB的走線會產生一系列的寄生參數，在PCB設計的時候要想辦法減小這些參數。同時，開關電源的一些器件會產生熱量，因此在PCB設計的時候也要考慮到散熱問題。
EMl(電磁干擾)不僅會干擾無線電系統，還會造成其他設備故障。要減小EMI，首先要確定哪個位置可能會成為EMI源。對於一個開關電源，EMI源的中心就是場效應管，因為它處於快速的導通截止狀態，因此存在尖的邊沿，含有高頻分量。如果高頻型號太強，可以在場效應管的柵極串聯一個電阻，電阻一般在10～100Ω的範圍。當開關導通和截止時，這個電阻可以降低柵極充電的速度，使高速開關波形邊沿變陡，高頻諧波含量減小。該設計採用了一個100 Ω的貼片電阻串聯在場效應管的柵極和PWM晶片的脈衝輸出端之間。在PCB布局的時候，開關電流的路徑要儘量保持簡短。另外，還要遠離低頻的元件，比如採樣電阻。
另一個會產生EMI的位置是尖峰電壓的吸收電路。在開關管斷開的瞬間，由於初級繞組的電流不能突變，所以會產生一個尖峰電壓。該設計對這部分電路的處理時儘可能地將這部分和其他EMI源靠近。如圖4所示，尖峰電壓吸收電路由D4，R4，R5，C3組成，R8和Q1的柵極之間就是開關電流的路徑，這部分的布局比較緊湊，就是為了減小EMI的影響。
在本電源中，可能會產生較大熱量的是場效應管、輸出端的整流二極體、尖峰電壓吸收電路。其中，場效應管的熱量比較大，所以採用散熱片給它散熱。其他部分主要是通過大面積的覆銅來散熱。該設計採用貼片元件和插件元件結合的方式，主要是考慮到實際應用中，要儘可能地減小電源的體積，通過貼片元件和插件結合的方式可以將體積縮小1／2以下，主要是因為體積最大的變壓器所在位置的底層可以焊接很多元件。同時，通過這種方式也給布線帶來很大的方便。
結束語
本文給出了一種大功率LED恆流驅動電源的設計方案，該方案包括了涉及到的元器件選擇、總體電路設計、關鍵電路設計、開關電源變壓器的參數設計、電源的PCB設計等。經過實際電路運行測試，本電源在通電之後輸出參數正常。
參考文獻
【1】. 蘇信華.SU Xin-hua 可提高影像刷新率及低電磁干擾的高灰度LED驅動晶片[期刊論文]-現代顯示2007(10)
【2】. 王其洋 LED點光燈在某工程實例中的應用及安裝檢修注意事項[期刊論文]-建築安全2010,25(2)
【3】. 陳緒誠.CHEN Xu-cheng 高校LED電子顯示屏的選型、安裝與管理[期刊論文]-實驗技術與管理2007,24(7)
【4】. 顧林衛.GU Lin-wei 熱控制技術的新進展[期刊論文]-艦船電子對抗2007,30(4)
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