應用于LED的大功率驅動電源設計

黃鋒

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

關鍵詞：LED；大功率；驅動電源設計

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

1 LED驅動電源特征體現及對其的要求

1.1 LED驅動電源特征體現

對于LED驅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。驅動電源的類型也比較多，有高壓和低壓驅動，也有過度電壓和市電驅動類型。例如過度電壓驅動，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品，驅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，主要是用于驅動LED燈的。

1.2 LED對驅動電源要求

LED之所以得到了廣泛應用正是基于自身的優勢特點，對LED驅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，參數要求比較高。LED是含有PN結的器件，發光原理也是在PN支持下實現的，有著單向導電性，故此要采用直流電源以及單向脈沖電壓供電。LED發光的特點就是在向電壓超過閾值電壓后有電流通過，這樣才會發光，其光度強弱和流過電流大小有著緊密聯系，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對驅動電源的要求有幾個重要層面要加強重視，驅動電源電壓是直流電壓。驅動電源有比較高的功率轉換效率，這就增加了LED路燈節能優勢。為得到穩定光輸出以及亮度，就要求驅動電源對LED提供恒定電流。驅動電源也有恒流電流調節功能，在相應范圍就能對LED亮度以及色調實施有效調節。

2 LED驅動電源整體設計

2.1 LED驅動電源結構和電路選擇

LED驅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驅動電源就能保障其達到理想發光效果，并且能保證驅動電源體積以及效率和安全。也比較符合國家的相關質量標準。高頻開關電源發展下，成為高效高性能LED驅動電源設計，并為其發展提供了良好平臺。選擇結構的時候就會遇到專用以及通用LED驅動芯片，這就要結合實際進行判斷，驅動電路分由LED專用驅動芯片構成以及通用兩種，LED專用驅動芯片就是依照著LED發光特性設計的；通用芯片則是自身不是為LED驅動電路設計，也能運用到其他的電路上。還有就是隔離和非隔離式驅動，LED驅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驅動電源的電路選擇也是比較重要的內容。這就涉及到諧振變換器，傳統的有串聯諧振變換器，諧振網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，串聯諧振回路阻抗就相對比較小，增益也是最大。主要的應用優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ZVS開通。再有就是并聯諧振變換器，其主要的應用優勢就是開關頻率大于諧振頻率的時候原邊功率開關能夠實現ZVS開通等。

2.2 LED驅動電源具體設計

LED驅動電源有著其自身的特殊性，對其電路的設計環節是比較關鍵的，此次對LED驅動電源的設計規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，有源功率因數校正部分是在NCP1613功率因數校正基礎上的，其交錯式有源功率因數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，和連續導電模式進行了比較緊密的結合，主要的工作優勢是大大降低了電磁干擾以及輸出電流文波。而對于恒流驅動主電路而言，輸出端可是十個三瓦大功率LED組成的混聯電路供電。

LED驅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，常規諧振變換器依照著負載連接方式。串聯諧振變換器就是整流負載網絡和一個LC諧振網絡進行串聯的，這就起到了分壓器作用，小負載下就很難調節輸出，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，這就能有助于實現現寬電壓范圍輸入以及負載大范圍不變下進行調節輸出，對整體運行范圍零電壓切換等目標加以實現。

對控制器的設計過程中，就要充分注重電流環設計，結合CCM工作模式下小信號模型，就能得到電流環控制結構，（如下圖）。電壓環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的大功率驅動電源設計就要從多方面加強重視，要充分了解LED驅動電源的特征優勢，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量。

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