一种大功率LED照明驱动电源的设计与研究
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摘要：针对大功率LED照明驱动的需求，本文设计了一款基于L6561和OB2269芯片的LED驱动电源。该驱动电源采用两
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关键词：驱动电源；功率因数校正；单端反激
DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.2.008
第一作者简介： 周俊生， （1968 - ） 男， 广东饶平人， 硕士，工程师， 华南理工大学， 研究方向： 电子电路、电子工艺和焊接技术。
1 驱动电源整体结构
本文设计的大功率LED驱动电源采用两级结构。市电220V交流电经过整流滤波电路后，进入前级的有源功率因数校正（APFC）电路，输出稳定的直流后，通过后级的单端反激变换电路进行降压，实现稳态恒功率控制[1-2]，其结构框图如图1所示。
计算得到Co为102.9μF。
因电容器的电容量存在误差，还需要考虑降额使用。在此设计中降额20%，故选用标称值150μF、耐压值420V的电解电容。
2.3 功率MOSFET的选择
选择MOSFET的主要参考依据是导通电阻RDSon，针对功率因数校正技术的应用，开关管的耐压是由过压允许值以及输出电压决定的，它所能承受的最大电压出现在开关管的关断时刻，大约为电源额定直流的输出电压值[4]。在选用开关管时，它的耐压规格最好留出20%的电压裕量，因此本设计中采用的开关管源漏极承受电压为VDSS≥1.2V0=480V。流过MOSFET的最大平均电流为
电流检测比较器的反向输入端，通过L6561芯片的CS引脚，可检测流过电感的瞬间电流大小，并藉由外部检测电阻RS转换成电压值。一旦这个值达到了乘法器输的出极限值，PWM的栓锁就被重置、MOSFET就被关闭。在PWM栓锁还未被ZCD讯号设定之前，MOSFET都会在关闭的状态。感测电阻值RS的大小由下式计算：
管脚3是乘法器的第二个输入端；整流后的电压通过一个电阻分压网络连接到此引脚，以获得一个正弦波的参考电压信号[5]。乘法器可由以下关系描述：
3 单端反激恒流电路
本设计采用单端反激式变换器，使用On-Bright（昂宝）公司OB2269芯片[6]。反激式变换器电路的原理图设计如图4所示。
3.1 变压器的设计
设计反激式变压器，就是要让反激式开关电源工作在一个合理工作点，使其发热量尽量少[7-8]。
求得NS=8.29，取9匝。两个辅助绕组，一个用于输出端恒流芯片供电，一个用于去磁检测，取两个辅助绕组的输出电压为15V，其匝数均为：NA=15×Ns/（Vo+VF）。计算NA=3.69，取4匝。
变压器绕制，初级线圈采用0.4mm漆包线，次级绕组及两个辅助绕组采用0.3mm漆包线，为降低集肤效应影响，都采用3股并绕法。绕线占用窗口面积为20.19mm2，小于PQ3230型铁氧体磁芯的窗口面积，因此线圈绕制合理。变压器需开气隙为：Ig=4π×10-7？Np？Ag/Lp=0.34mm。3.2 开关管的选择
开关管承受最大电压有PFC输入电压、原边感应电压和开关管关断时初级线圈冲击电压，电压之和约为638V。开关管开通延迟与关断延迟时间都要尽可能短，以提高开关速度，避免造成无谓损耗。考虑裕量和开关管损耗，在此选用Infineon公司的20N60S5。
3.3 恒流限压控制电路的设计
限压控制方面，选用德州仪器公司生产的三端可调分流基准源TL431A。在应用中要选择传输系数和耐压较高的光电耦合器，选用型号为PC817的光耦器。另外需通过R16、R17、R18对TL431A进行分压，分别取R16=3kΩ、R17=100kΩ、R18=39kΩ，计算能得到稳定时V1=36V，符合条件。恒流控制方面，选用型号为LM358的运算放大器。
4 实验测试数据及分析
在完成电路调试和驱动电源的制作后，采用功率电阻模拟负载的方式，对电源样机的实际工作情况进行了实验测试。电源在不同输入电压条件下负载工作时所测得的数据如表1所示。从表中数据可以看出，在100到240V的宽输入电压范围内，输出电流均保持在3A左右，达到恒流输出的效果。
电源在不同负载条件下工作时所测得的数据如表2所示。数据表明，电源效率及功率因数随负载增加而上升。在满负载的情况下，驱动电源样机的功率因数达到96.9%，效率能达到86.75%，基本符合大功率LED照明系统对驱动电源的要求。
5 结论
本文从功率因数校正和变换器及其拓扑结构上进行了讨论分析，设计出一款有源功率因素校正的单端反激变换大功率LED驱动电源，通过测试驱动电源的功率因数和效率，给出实验结果并进行分析，验证本文所述理论的正确性。
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