一種無級調光隔離反激LED開關電源的設計

潘黃鋒，應俊俊

（賽爾富電子有限公司，浙江寧波315103）

0 引 言

隨著LED產業化進程的不斷推進，以及國家“禁白”政策的實施，LED燈具逐漸推廣滲透，已經成為商業以及居家照明應用領域的主流產品。與傳統光源相比，LED具有不可比擬的結構優勢，節能優勢及控制優勢、特別是在居家照明的領域，燈具的調光成為一種基本需求。傳統光源除白熾燈、鹵素燈以外，要實現燈具的無級調光是一種奢望，而這點恰恰是LED的優勢。基于隔離反激的電路拓撲結構，本文介紹了一種可實現無級調光的LED開關電源的設計，使LED燈具能夠充分發揮其易于控制的優勢，以適應各種不同的應用場合。

1 電路分析與設計

電路原理框圖如圖1所示。

交流輸入電壓經過EMI濾波電路，提高電源自身電磁抗擾能力的同時也降低對外部電器的電磁干擾。交流輸入電壓經橋堆全波整流之后再經填谷電路進行無源功率因數校正，由于填谷電路大大增加了整流橋堆的導通角，通過填平谷底，使輸入電流從尖峰脈沖變為接近于正弦波的波形，可將功率因數提高到0.9左右，顯著降低了總諧波失真［1］。

圖1 電路原理框圖

漏極保護電路夠吸收高頻變壓器初次級因漏感引起的尖峰電壓過高而擊穿Mos管［2］。高頻變壓器的次級通過輸出整流濾波電路得到直流。通過采樣電路采樣輸出回路的電流／電壓，并與電流／電壓的基準信號進行比較，將反饋信號通過光耦反饋電路反饋到初級開關電源芯片，完成開關管開關頻率／占空比的調整，實現初次級環路的閉環控制［3］。

由此可見，在整個閉環控制系統中，如果恒流環路的基準信號是可以調整的，那么輸出電流自然也就可以調整了。如果基準信號是可以連續變化的，那么通過LED的電流也將發生連續的變化，即無級調光。

以7 W／700 mA的隔離反激LED調光電源為例，著重介紹調光控制部分的設計原理。電路原理圖如圖2所示。

圖2 隔離反激LED調光電源原理圖（7W／700mA）

負載為3顆700 mA恒流驅動的LED，恒流工作時典型壓降大約為10 V左右，即負載額定功率為7 W。LED正常情況下應該工作在恒流狀態，因此當恒流環建立反饋時，恒壓環應有足夠的裕量保證不與恒流環發生競爭。這里應將恒壓環所控制的VCC電壓設置在不會與恒流環發生競爭的電壓值。如圖2所示。

因為運放工作在線性區，虛短［4］：

此時Q2處于導通狀態，則：

由于輸出電流的變化可以通過改變恒流環路的基準電壓實現，基準電壓的產生方法有很多，本電路通過單片機輸出端口產生頻率為500 Hz的PWM方波信號，該PWM信號經過兩級RC低通濾波器轉化為直流電平，完成DA的轉化。關系如下：

為提高電路效率，再經過電阻R16和R14分壓，得到恒流環基準電壓：

所以，得到UE與DPWM之間的關系：

由于恒流環輸出電流ILED與UR之間的關系：

因為運放工作在線性區，虛短［4］：

當單片機輸出PWM占空比在1%～100%變化時，對應LED驅動電流在6.8 m A～680 m A范圍內變化。因此單片機輸出占空比PWM信號的分辨率決定了LED電源的調光分辨率。本案采用Microchip的PIC12F683的CCP模塊輸出PWM信號［5］，頻率設定為500 Hz，PWM分辨率可以達到10位，即電流分辨而實現肉眼基本無法分辨的無級調光。

即：當單片機輸出PWM占空比DPWM為100%時，

2 實驗結果

單片機輸出端Control信號為高電平時，Q2導大于3顆LED串聯時候的導通壓降，此時恒流環路起主導作用。當單片機PWM占空比為100%時，輸出電流有效值ILED約為680 mA，見圖3測試結果。

當單片機PWM占空比為78%的時候，輸出電流有效值ILED約為530 mA，見圖4測試結果。

當單片機PWM占空比為55%的時候，輸出電流有效值ILED約為374 mA，見圖5測試結果。

圖3 PWM占空比和輸出電流關系1

圖4 PWM占空比和輸出電流關系2

圖5 PWM占空比和輸出電流關系3

當單片機PWM占空比為7%的時候，輸出電流有效值ILED約為48 mA，見圖6測試結果。

圖6 PWM占空比和輸出電流關系4

當單片機輸出端Control信號為低電平時，Q2截止，恒壓環路VCC理論上限制在4.38 V（VCC＝＋10 kΩ＋39 kΩ）＝4.38 V），小于3顆LED串聯時候的導通壓降（約10 V），此時恒壓環路起主導作用LED不工作，燈具處于“關閉”狀態。

3 結 論

LED燈具無級調光的隔離反激電路拓撲由單片機產生PWM信號，經過兩級RC濾波電路轉換成直流電平基準電壓，由于基準電壓決定輸出電流，通過改變PWM的占空比即可以實現改變輸出電流達到調光的目的。PWM信號由單片機的硬件模塊產生，占空比的分辨率可以達到10位（1 024級）的精度，從而達到肉眼無法分辨的無級調光效果。這種電路結構簡潔、實現靈活、調光精度高、性能穩定，在許多需要無級調光功能的產品中已得到廣泛的應用。

［1］ 鄭艷麗，秦會斌.無源PFC電路在LED驅動電路中的應用研究［J］.機電工程，2011，28（6）：753-756.

［2］ 李振森，徐軍明.50 W高功率因數反激式開關電源箝位電路的研究［J］.電子器件，2009，32（6）：016.

［3］ 許海濤，陳少斌.基于TNY279的LED驅動電源設計［J］.機電技術，2011，34（2）：79-81.

［4］ 史正鳳.集成運算放大器的虛短虛斷概念及在線性運算中的應用［J］.電腦知識與技術，2007，（6）：1293.

［5］ 呂達昱，竺長安.一種利用PIC實現PWM控制的方案［J］.機床與液壓，2004，（11）：133-134.