18W LED新型節(jié)能電源的設(shè)計(jì)

【摘要】提出了一種LED節(jié)能驅(qū)動(dòng)電源的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并給出了設(shè)計(jì)的具體步驟和實(shí)現(xiàn)方法。該設(shè)計(jì)的主電路為了低成本與高效率，采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為BUCK電路，感應(yīng)電路采樣的原理為多普勒效應(yīng)，研發(fā)了一款簡(jiǎn)單的面天線，通過(guò)天線來(lái)感應(yīng)物體的移動(dòng)，并在雷達(dá)感應(yīng)電路上產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)作用到主電路上使該設(shè)計(jì)的電源處于滿載功率運(yùn)行。當(dāng)無(wú)物體移動(dòng)時(shí)，此時(shí)電路處在靜止?fàn)顟B(tài)，靜止?fàn)顟B(tài)消耗的功率大約為2W，這樣節(jié)能的效果是很顯著的。因此該設(shè)計(jì)是以節(jié)能為最終目的。

【關(guān)鍵詞】LED驅(qū)動(dòng)電源；BUCK電路；多普勒效應(yīng)；雷達(dá)感應(yīng)

1.電路設(shè)計(jì)[1]

1.1 主電路的設(shè)計(jì)

圖2.1是本設(shè)計(jì)的具體電路圖。主電路采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為BUCK電路，采用的控制芯片為臺(tái)灣綠達(dá)GL8211（NEW1），該芯片是一款低啟動(dòng)電流、平均電流模式、單周期控制的高集成功率因數(shù)校正與固定切換頻率的脈寬調(diào)制控制器，該芯片的開關(guān)頻率為50KHz。

圖2.1 NEW1的具體電路圖

圖2.2 芯片供電電路

1.2 芯片供電電路

圖2.2是芯片供電電路，電源的輸出電壓經(jīng)過(guò)三極管Q4，穩(wěn)壓管DW4，使VCC的電壓達(dá)到5V，下面簡(jiǎn)單介紹一下它的原理；輸入電壓為80V的時(shí)候，通過(guò)R17電阻的下拉作用，此時(shí)R17與穩(wěn)壓管DW4形成一條通路，此時(shí)穩(wěn)壓管導(dǎo)通，導(dǎo)通電壓為5.6V，此時(shí)三極管Q4處于放大狀態(tài)（發(fā)射極正向偏置，集電極反偏）。三極管Q4的UBE大約為0.6V，因此此時(shí)發(fā)射極的電位大約為5V（5.6-0.6V）。因此不管輸入電壓Vout+怎么變化，VCC電壓基本不變，保持在5V左右。

1.3 雷達(dá)感應(yīng)電路的設(shè)計(jì)

圖2.3 （a）雷達(dá)感應(yīng)電路圖 （b）天線電路

圖2.3是雷達(dá)感應(yīng)電路的具體電路圖，該電路采用的芯片為BIS0001和高頻三極管BFS520。BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路。它的電壓工作范圍為2V～6V，而本電源設(shè)計(jì)恒流式，輸出電壓跟負(fù)載有很大關(guān)系，一般負(fù)載的正常工作電壓大于6V，為了能使BISS0001能夠正常工作，這里采用了7550三端穩(wěn)壓管。VCC輸出電壓經(jīng)過(guò)7550，變成5V的電壓給芯片供電。當(dāng)1腳為高電平時(shí)，允許可重復(fù)觸發(fā)，該設(shè)計(jì)1腳接的電平為高電平（5V），所以芯片處在可重復(fù)觸發(fā)階段。為了調(diào)節(jié)輸出延遲時(shí)間，再RR1、RC1分別接了47kΩ和22nF。R13、C18是調(diào)節(jié)它的觸發(fā)封鎖時(shí)間，這樣就可以通過(guò)改變電阻與電容值來(lái)改變觸發(fā)延遲時(shí)間和觸發(fā)封鎖時(shí)間，并通過(guò)輸出控制信號(hào)改變雷達(dá)燈管的點(diǎn)亮?xí)r間。為了能夠感應(yīng)到物體的移動(dòng)，天線電路采用了高頻三極管（BFS520，9GHz），圖2.3中的A點(diǎn)所示的導(dǎo)線部分就是本設(shè)計(jì)的天線，通過(guò)A電的S形走線來(lái)感應(yīng)物體的移動(dòng)，感應(yīng)的信號(hào)經(jīng)過(guò)三極管BFS520的放大，放大的感應(yīng)信號(hào)輸入到BISS0001的14腳，通過(guò)BISS0001產(chǎn)生脈沖發(fā)生信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)LED電源的功率。

2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

本設(shè)計(jì)的電源輸入電壓為寬電壓（85V- 265V），分別輸入110V和輸入220V的電氣參數(shù)圖：當(dāng)輸入電壓為110V時(shí)，輸入功率為18.4W，輸出電壓為70.09V，輸出電流為227.09mA，輸出功率為16.822，PF值為0.968，110V輸入電源效率大概為91.5%；當(dāng)輸入電壓為220V的時(shí)候，輸入功率為18.8W，PF值為0.947，輸出電壓為70.82，輸出電流為234.77mA，輸出功率為17.18，這樣效率大概為91.4%，因此本設(shè)計(jì)的電源效率是可行的。

圖2.1 110V待機(jī)功耗

圖2.2 220V待機(jī)功耗

圖2.1、圖2.2分別是靜止?fàn)顟B(tài)的110V輸入與220V輸入的電氣參數(shù)圖，從圖3.3可以看出，靜止?fàn)顟B(tài)的輸入功率為1.83W，從圖3.4可以看出，220V輸入的待機(jī)功耗為1.98W，折算下來(lái)一天節(jié)約的電量大約為0.384度（以24小時(shí)計(jì)算）。此節(jié)能效果還是相當(dāng)可觀的。

圖2.3、圖2.4分別為110V輸入與220V輸入的MOS管的柵極電壓圖。從圖3.5可知：110V輸入占空比為0.64，與計(jì)算值相符合（計(jì)算值為：70/110，約為0.636）。從圖3.6可知：220V輸入占空比為0.32，也與計(jì)算值相符合（計(jì)算值為：70/220，大約為0.318）。因此該電路驅(qū)動(dòng)正常。圖2.5、圖2.6分別為220V輸入的輸出電流與輸出電壓紋波。從圖2.5可知：輸出電流曲線是一條較平滑曲線，曲線中心電壓約24mV，測(cè)量電流使用的工具為十個(gè)1歐姆電阻并聯(lián)，測(cè)量中心電壓為24mV，那輸出電流為240mA，與理論值也接近。從圖中可知，此紋波電壓上限為28mV（計(jì)算的紋波電流為40mA），理論上紋波為輸出電流的20%（46mA），因此紋波電流達(dá)標(biāo)。圖2.6是輸出電壓紋波圖，從圖可知輸出電壓波形是一個(gè)頻率為100Hz的正弦波，正弦波的中心電壓為70V，峰峰值大概在20V，紋波值為10V，與理論估算值（14V）接近，為了得到更小的紋波電壓值，可以將幾個(gè)電容并聯(lián)，電容的ESR變小，因此紋波電壓就可變小。輸入電壓是經(jīng)過(guò)整流橋變化而來(lái)，市電輸入的頻率為50Hz，經(jīng)過(guò)整流橋以后，電壓的頻率變?yōu)?00Hz，這也就是為什么輸出電壓的頻率是100Hz的原因。

3.結(jié)論

本設(shè)計(jì)是基于節(jié)能的目的而開發(fā)的，為了使電源具有高效率與低成本，電路的主電路采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是當(dāng)今LED電源最流行的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)——BUCK電路。本款電源工作一段時(shí)間以后溫度非常低，這能保證電源的高壽命。因此，該設(shè)計(jì)達(dá)到了節(jié)能的目的，并且成本很低。

參考文獻(xiàn)

[1]劉祥吉，劉潮浮，半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景與思考[A].《節(jié)能照明控制與LED技術(shù)學(xué)術(shù)論壇》論文集[C].中國(guó)河南鄭州，2010：145-146-147.