用SA7527電路組成的燈管型大功率LED恒流驅動器

摘 要：根據LED燈驅動電源的要求，可知驅動電源如果設計不合理，可以導致LED燈發光效率降低，甚至失效的結果；因此設計符合要求的驅動電源，對應用和推廣LED燈有著重要的意義。文章基于以上思想，提出了一種采用SL公司的SA7527芯片為PWM控制器的驅動電源，該驅動電源滿足LED燈要求，實現恒壓、恒流及各種保護的功能；由于該電路已實現批量生產，在LED燈上廣泛應用，可以表明，該驅動電路滿足LED照明的實際需要。

關鍵詞：LED驅動電源；白光LED；非隔離電源；隔離電源

1 選擇和設計LED驅動首先應該考慮的問題

LED是具有二極管特性的發光管，它具有單向導電性。LED亮度與通過LED電流成正比，但是白光LED在大電流下會出現飽和現象，導致LED燈的發光效率大幅度降低，甚至失效，因此通過LED電流不能超過它的額定值。另外，LED亮度與溫度成反比，在使用中盡量減少電源發熱并設計良好的散熱系統。目前LED均采用直流驅動，因此在市電與LED燈之間需要電源適配器即LED驅動電源，其功能是把交流市電轉換成合適LED的直流電（即AC-DC）。根據LED驅動電源的要求，在選擇和設計LED驅動電源時要考慮到以下幾點：

1.1 高可靠性：由于LED驅動電源是為LED燈供電的，如果驅動電源出現問題，那么LED燈將無法正常工作，所以高可靠性的驅動電源是對LED燈質量的保證。

1.2 高效率：LED是節能產品，采用效率高的驅動電源可以降低燈具內的溫度，延長燈的壽命。

1.3 高功率因素：功率因素是電網對負載的要求，一般低負載的用電器，現在沒有強制性指標。但是低負載的用電設備太集中，也會對電網產生較嚴重的污染，所以設計LED驅動電源時必須考慮高功率因素指標。

1.4 驅動方式：現在通行的有兩種其一是一個恒壓源供多個恒流源，即每個恒流源單獨給每路LED供電。這種方式，組合靈活，一路LED故障，不影響其他LED的工作，但成本會高。另一種是直接恒流供電，LED串聯或并聯運行。優點是成本低，但靈活性差，還要解決某個LED故障，不影響其他LED運行的問題。

1.5 浪涌保護：LED抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力，加強這方面的保護也很重要。有些LED燈裝在戶外，如LED路燈。由于電網負載的啟甩和雷擊的感應，從電網系統會侵入各種浪涌，有些浪涌會導致LED的損壞。因此LED驅動電源要有抑制浪涌的侵入，保護LED不被損壞。

2 LED驅動器通用要求

根據LED 的排列方式及LED光源的功率大小決定著驅動器的要求。LED 驅動器的主要功能是限制流過LED 電流的大小。其中“隔離”表示交流線路（AC）與LED（DC）之間沒有物理上的電氣連接，常用方法是采用變壓器進行電氣隔離，而“非隔離”則沒有采用變壓器進行電氣隔離。

在LED 照明設計中，AC-DC 電源轉換與恒流驅動這兩部分電路可以采用不同配置：（1）整體式配置，即AC-DC 電源轉換與恒流驅動兩者融合在一起，均位于照明燈具內，這種配置的優點是優化能效及簡化安裝等；（2）分布式配置，即兩者單獨存在，這種配置的優點是簡化安全考慮，并增加靈活性。

由上可知“非隔離”是指在負載端和輸入端有直接連接關系，因此觸摸負載有觸電的危險。目前采用較多的是非隔離直接降壓型電源，也就是把交流電整流以后得到直流高壓，直接用降壓電路進行降壓及恒流控制。所以這種非隔離式電源的優點是簡單、指標高，它的輸出電流可以按LED并聯的個數設定；通常其效率大約在85-90%之間，功率因素大約在0.88-0.92之間。（見圖1）。

而“隔離式”恒流源是指在輸入端和輸出端有變壓器隔離，這種變壓器可能是工頻變壓器也可能是高頻變壓器，都能把輸入和輸出隔離起來。可以避免觸電的危險。這種隔離式LED日光燈電源如下圖2所示。

圖2 隔離式恒流源

3 采用SA7527設計非隔離恒流源

3.1 基本功能

SA7527是士蘭微公司根據國外電路研發的一款簡單但是高效的功率因子校正電路。該電路內置R/C濾波器，并自帶電流感應電路，因此不需要外部R/C濾波器，此外還有特殊的防擊穿功能。此電路適用于電子整流器和所需體積小，功耗低，外圍器件少的高密度電源。輸出驅動器鉗位電路還可以限制功率MOSFET管的驅動閥值。

3.2 引腳排列

SA7527的引腳排列功能簡介見表1

表1

3.3 SA7527芯片功能框圖

圖3 SA7527芯片功能框圖

SA7527電路具有供電電電壓鎖定單元，電路供電電壓典型值為11.5V，電路正常工作以后可以有3V的滯后鎖定；在電源工作過程中通過MOSFET的電流經過電阻變成電壓送到電流感應比較器的輸入端，由內置R/C濾波器對高頻干擾進行抑制，電流感應比較器將電流信號進行放大送到邏輯控制電路處理，調節輸出驅動器的輸出脈寬，實現過流保護的功能。

3.4 SA7527的典型應用電路圖

圖4 SA7527的典型應用電路圖

3.5 SA7527電路組成的實用LED驅動電路（注：此電路以批量生產）

LED驅動電路是由EMC電路，脈寬調制電路（PWM），限流穩壓電路和整流濾波電路組成。其中EMC電路是有C1電容，C2電容，L1，L2，L3，電感組成，DB1橋式整流器和C3電容組成整流濾波電路，將交流電變成直流電（見圖5）。

圖5 EMC電路及整流濾波電路

脈寬調制電路是由PWM控制器、開關管MOSFET、及相應的外圍電路組成。SA7527（U1）作PWM控制器，它的的1腳是INV端，作用是誤差放大器的倒相輸入；2腳是EA_OUT端是SA7527內部誤差放大器的輸出端，此管腳與INV管腳之間由C5電容和R6電阻并聯組成補償網絡，作用是通過補償使其驅動波形更加的平和、穩定；電阻R7、R8的作用是將驅動輸出電壓通過光電耦合器0PT1的3腳，反饋給SA7527電路的1腳，從而調節PWM的寬度，達到輸出電壓穩定的作用；SA7527的3腳是是乘法器的輸入管腳， C3上的濾波電壓通過電阻R3、R4串聯和電阻R5分壓提供2V左右電壓，C4的作用是對3腳進行高頻濾波，提高抗干擾能力；4腳是CS（電流取樣端），通過MOS管Q1的電流經過電阻R15后轉變為電壓提供給CS管腳， PWM的寬度隨CS管腳的電壓變化，實現過流保護的功能；5腳是Idet，其作用是零電流檢測輸入管腳，通過高頻變壓器T1和電阻R13將零電流檢測出來送到5腳；6腳是接地腳；7腳是PWM脈寬驅動輸出腳（最大輸出500mA），通過電阻R14直接驅動Q1；8腳是供電腳Vcc，Vcc的啟動電壓是通過電阻R9、R10、R21、R22、電容C6提供的，當8腳電壓達到11.5V時電路SA7527啟動，MOS管Q1工作，高頻變壓器T1工作，T1的次級通過限流電阻R11和整流二極管D21及濾波電容C6濾波為8腳提供工作電壓（見圖6）。

LED驅動電源穩壓電路及恒流電路是由LM358（U2）及相關外圍電路控制實現。LM358是雙運放電路，它的1腳是AMP OUT1，電阻 R30與電容C17串聯組成的補償電路與LM358的2腳（IN1-）相連，使1腳的輸出更線性、平滑，在驅動輸出受到外部干擾時，使反饋信號波動較小；3腳是IN1+同相信號輸入端，TL431（U3）提供的2.5V基準電壓通過電阻R38輸入，作為穩壓電路的比較基準；當輸出電壓變大時，通過電阻R34與R35分壓提供給LM358的2腳的電壓變大，使LM358的1腳的輸出變小，導致通過光耦OPT1中二極管的電流變大，提供給SA7527電路的1腳電壓升高，使驅動PWM信號變窄，從而使輸出變小；同理當輸出變小，驅動MOS管Q1的PWM信號變寬，從而使輸出變大，使得LED驅動電源穩壓得以實現。LED驅動電源恒流電路和穩壓電路原理基本相同，當輸出電流加大時，電阻R45上流過的電流變大導致R45上的電壓升高，此電壓通過電阻R32與LM358的6腳（IN2-）連接，LM358的5腳（IN2+）是恒流電路的比較基準， 它是通過TL431提供的2.5V電壓經電阻R39與電阻R41串聯分壓得到的；輸出電流升高LM358的6腳電壓升高，LM358的7腳（AMP OUT2）輸出電壓減小，通過光耦OPT1中二極管的電流變大，提供給SA7527電路的1腳電壓升高，使驅動MOS管Q1的PWM信號變窄，從而使輸出變小，實現恒流。LM358的4腳是接地端， 8腳是供電腳Vcc，8腳的啟動電壓是由電阻R26，R27，R28提供，穩定后由A、B端供電，電容C20、C22對電壓、電流采樣信號起濾波作用（見圖7）。

圖7 電源穩壓電路及恒流電路

3.6 驅動電源性能指標：

輸入特性

（1）輸入電壓85V-265VAC 頻率50 HZ /60HZ

（2）功率因數PF>0.9

輸出特性

（1）輸出電壓26V-36VDC可調

（2）電壓調整率≤0.2V

（3）恒流電流150mA±3%（可調最大500mA）

（4）負載調整率≤0.2V

其他特性

（1）具有過流保護功能

（2）工作溫度范圍-30℃-+55℃

（3）具有低壓（85VAC）、高壓（265VAC）啟動功能

（4）具有低溫（-30℃）、高壓（+55℃）啟動功能

（5）恒流源效率大于85%

參考文獻

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作者簡介：趙永忠，男，工程師，現在陜西烽火電子股份有限公司從事技術工作。