刘丹妮 李星雨

摘要：LED具有无污染、长寿命、耐振动和抗冲击的鲜明特点。虽然白光LED的发光效率正在逐步提高，但是与LED灯配套的驱动器性能不佳，故障率高成了LED推广应用的瓶颈。本文主要通过设计一个恒流驱动电源来驱动LED，通过各种电力电子组件和电力电子电路组成一个恒流的电源，达到设计的要求。该研究针对LED灯应用于景观灯照明的需求及其驱动电源现状，完成了一款三路恒流输出的LED驱动电源的研究与硬件设计。

关键词：LED，电源，驱动

1前言

LED（Lighting Emitting Diode）即发光二极管，它是一种半导体固体发光器件。在20世纪爱迪生发明的白炽灯成为标准的通用照明工具。但是在21世纪的今天白炽灯即将和我们告别了，新的照明技术发光二极管将最终代替白炽灯和荧光灯。由于LED的特点，目前越来越广的应用在景观亮化領域。由于应用场合不同，所要求的尺寸、大小、亮度不同，因此LED的排列组合方式就不同，再考虑到对灯具外壳的大小、形状要求不同，因此出现了诸如LED工矿灯、LED投光灯、LED路灯、LED射灯、LED隧道灯等一系列的产品，无论是在工程照明领域，市政公共照明、景观、绿地等领域，还是在办公场所、家用照明场合LED照明灯也得到了广泛的使用[1]。

2开关电源设计

2.1开关电源基本原理

开关电源按控制原理来分类，有以下4种工作方式：

脉冲宽度调制（简称PWM，即脉宽调制）式：其特点是开关周期为恒定值，通过调节脉冲宽度来改变占空比，实现稳压目的。

脉冲频率调制（简称PFM，即脉频调制）式：其特点是占空比为恒定值，通过调节开关频率来实现稳压目的。

脉冲密度调制（简称PDM，即脉密调制）式：其特点是脉冲宽度为恒定值，通过调节脉冲数实现稳压目的。它采用零电压技术，能显著降低功率开关管的损耗。

混合调制式：它是两种方式的组合，开关周期和脉冲宽度都不固定，均为调节。它包含了PWM控制器和PFM控制器[2]。

2.2开关电源拓扑结构

驱动LED的开关电源的拓扑结构基本有降压拓扑结构、升压拓扑结构和反激式拓扑结构等。该驱动电路开关管VT在电感后面，使得开关管源极接地，而续流二极管VD反并联到该串联电路。这种驱动方式简单、不需要输出滤波电容，降低了成本。

采用升压拓扑结构的LED驱动电路，通过电感储能将输出电压泵升至比输入电压更高的期望值，实现在低输入电压下对LED驱动。输入电流是连续的，这减轻了对电源的电磁干扰，开关晶体管发射极接地.使驱动电路简单。

反激式开关电源的典型电路。反激式开关电源电路拓扑结构简单，元件数少，体积小，因此成本较低。在用恒压电源控制芯片实现恒流功能的LED恒流驱动开关电源设计中，反激式拓扑结构有一定的优势。

3系统硬件电路设计

3.1功率因数校正电路硬件设计

在功率变换装置中，根据主电路的结构，其功率开关器件一般采用直接驱动和隔离驱动两种方式。采用Boost-PFC方案作为系统的前级完成功率因数校正任务，并采用控制芯片控制其工作在电流CRM模式。

电源电压经全波整流电路整流后，得到直流脉动电压作为Boost电路的输入电压，再经高频滤波电容滤掉电流中的高频谐波分量后，得到一直流电压，再经电阻分压网络进行分压，得到合适的电压输入到功率因数校正器芯片L6562的MULT引脚上，以此来实现对输入电压的采样，得到一个基准的正弦波电压，即确定输入电压的波形和相位[3]。

3.2功率及驱动电路设计

电源是为各个控制芯片提供能量的，是硬件控制系统正常工作的前提。由于线性电源具有输出精度高、输出纹波小和可靠性高等优点，所以在数字电源设计中采用了线性稳压模块L7805，它输出的+5V电压是作为数字电源用的。在每个芯片的电源输入与输出端都并上一个10-100电解或担电容和一个0.10瓷片电容，起着去噪的作用，一方面为芯片存储电量，另一方面消除线路上分布电阻与电感引起的高频噪声。

4整体电路的设计及分析

基于前述的理论分析与参数计算，并在设计的硬件电路的基础上，为进一步验证LED驱动电源的可行性能否达到设计要求，绘制了恒流驱动电路的PCB。

4.1整体电路原理图设计

根据上文所述，整体电路可分为EMI滤波电路，输入整流滤波电路，变压器电路，PWM电路，输出整流滤波电路，整体电路图如图4-1所示。

4.2整体电路PCB的设计

在任何开关电源设计中，PCB板的物理设计都是最后一个环节，如果设计方法不当，PCB可能会辐射过多的电磁干扰，造成电源工作不稳定。根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：

①首先要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加;过小则散热不好，且邻近线条易受干扰。电路板的最佳形状矩形，长宽比为3：2或4：3，位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。

以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接，去耦电容尽量靠近器件的VCC。

②在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。

③按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。

④尽可能地减小环路面积，以抑制开关电源的辐射干扰。

5总结

本论文主要论述本设计的硬件部分，并结合软件进行结构优化设计。使得本硬件设计的到很好的简化，同时也提高了本系统设计的抗干扰性能。本文设计LED可控硅调光驱动电源使用PWM调控式集成的电源控制芯片，实际测试恒流效果好，输出电流稳定在150mA（输入电压调整率小于0.5%），体积小，成本低。同时通过空载电压的调整有效的避免了LED灯的跳闪现象。

参考文献

[1]刘雨兰.基于高低压控制的无阻高频脉冲电源的设计[J].数字技术与应用，2020，38（11）：13-15.

[2]牟丽霞.一种新型LED智能应急灯电源设计[J].电子世界，2018（14）：144 -145.

[3]侯云如.一种升压型DC-DC恒流LED驱动芯片的设计[D].电子科技大学，2020.