LED 路灯驱动电路设计

2020-05-27郭润元

通信电源技术 2020年6期

关键词：电路设计功率因数谐振

郭润元

（运城学院，山西运城 044000）

1 LED 路灯驱动电路基本结构

常规LED路灯驱动电路由输出驱动、电源转换构成。

1.1 输出驱动部分

LED 路灯驱动器由恒压、恒流两种驱动模式，前者能够做到稳压，但电压波动会导致剧烈波动，导致LED 灯亮度不一致，而且该驱动模式下的电路不允许负载短路。因此，为了确保LED 灯照明稳定通常使用恒流输出，该模式下的驱动电路输出电压随负载变化而变化，而且不能出现负载开路。因此，在实践应用中，LED 路灯驱动电源综合了这两种模式，即恒压/恒流驱动，以保证稳定的输出驱动。当电路低负载时运行在恒压区，反之运行在恒流区，这样可以有效防止电路短路或过载，确保驱动电路稳定工作。本次研究采用的是恒流/恒压双输出驱动模式[1]。

1.2 电源转换部分

LED 路灯驱动电源有AC/DC、、DC/DC 两种电源转换方式。当前常用的是集成IC 驱动转换器。电源变压转换有“隔离”“非隔离”两种形式。前者为输入、输出物理上隔离。“非隔离”表示没有物理隔离。为了确保驱动电路稳定工作，大功率较大的LED 路灯驱动电路往往是“隔离”型电源变压转换。

2 功率因数校正电路设计

2.1 功率因数校正电路概述

部分开关电源的输入端的电流、电压正弦波不同，需通过功率因数校正电路校正输入电流的波形，提升功率因数，而且功率因数校正电路能保证DC-DC 变换器输入电压稳定。功率因数校正电路包括无源、有源两种。前者电路结构相对简单，不需要用到控制回路，电路设计难度不大；但电感较大，影响其实际使用效果，且还给下一级的DC-DC 变换器电路设计带来较大难度。因此，实践应用中开关电源多用有源功率因数校正电路。源功率因数校正电路又可以分成单级、双级两类[2]。

两级转换器使用同一个MOSFET，以减少损耗，找到成本与性能之间的平衡。由于LED 路灯驱动功率因数必须不低于0.9，因此其驱动电路设计中功率因数校正器不可缺少。本文提出的LED 路灯驱动电路中采用有源单级功率因数校正电路。

2.2 功率因数校正电路

本次设计的LED 路灯驱动电路中的功率因数校正电路采用功率达到250 W的NCP 1607芯片作为控制器，可适用于功率200 W 的LED 路灯驱动电路中。NCP 1607 无需检测输入电压，只需很小的电流就可以启动和运行，通过运行于临界导通模式（CRM）达到最佳性能，在较大输入电压、功率范围内获得理想的功率因数，而且NCP 1607 具备安全保护功能，适合用于功率因数校正电路设计。

3 恒流驱动输出电路设计

图1 功率因数校正电路设计图

本次设计的LED 路灯驱动电路为恒流输出，由LM3404HV 芯片控制。该芯片为降压拓扑结构，反馈电压220 mV，输入电压范围6～75 V，输出电压范围0.2～75 V，恒流520 mA 驱动LED；芯片中集成N-FET缩小芯片体积，占空比非常大。低端电流由外电阻器检测；当“Ron”引脚处于低电平时，关断电流低，在输入电压范围内实现恒定开关频率恒定；而芯片LM3404HV 支持PWM 调光，可经由DIM 端口PWM 波占空比的调节实现调光。电路借助PLC 形成能调节占空比的PWM 波，然后将其加载到DIM 端实现亮度调节。本次设计的LED 路灯驱动电路输入电压为60 V±5%；输出电流为0.6 A±3%，电压范围为45～52 V，可以驱动18 个大功率LED 路灯，每一个LED 路灯的电压为3.5 V，输出电压为45.9 V。

4 反激准谐振电路设计

准谐振是一种常用的软开关电路，即电路谐振元件不再完整周期谐振，而是在某阶段谐振，其谐振回路LC 值、振荡频率、电压幅值不同，振荡导致开关电流、电压波形正弦变化，为变换器零电压开断提供了可能，基于准谐振电路的变换器也叫准谐振变换器。准谐振变换器的最大优点是可以有效减少可开关损耗，为开关开断提供良好的环境，也就是当电压为0 时，开关可以正常开断，达到最大程度降低开关损耗的目的。因为处于谐振模式的开关电压、电流波形以正弦规律变化，所以可以优化开关转换时的条件，降低开关损耗、开关压力。NCP1207 芯片体积小，稳定性强。负载全满的情况下NCP1207 芯片以准谐振方式运行，可以降低开关管的开关损耗；在常规负载下NCP1207 芯片以固定频率方式运行，在待机状态下NCP1207 芯片可以通过降低开关频率以达到减小损耗的目的，最低运行频率为20 kHz，当功率更低时NCP1207 芯片可以在频率跳跃模式下运行[3]。

NCP1207 芯片通过DRAIN 引脚给Cvcc充电至5 V，这取决于漏极电压，如果漏极电压高于M 级，启动电流源给Cvcc充电，当Vcc引脚电压高于芯片启动电压值时，芯片启动。当Vcc引脚电压小于欠压锁定电压值时芯片停止，处于安全重启模式。为防止变压器发出噪声，控制器控制变压器，使其电流上升。内部电流源给电容充电最大到0.6 V，控制器运行，电容放电过程就是控制器软启动过程。充电电流保持到Isense引脚电压接近0.6 V。Isense引脚电压高于0.6 V 时，Iss电流值受限，引脚电压达到Vccstart时充电电流源关闭，软启动电流源消耗Vcc启动电流。基于NCP1207 芯片的反激准谐振电路设计参数选择：输入电压为550 V，最大输压为40～48 V；输出电流为4.5 A；输出功率为120 W；效率为0.92；开关频率为90 kHz。