跟工程師一起設(shè)計(jì)LED照明用恒流電源變換器

LED光源具有節(jié)能、環(huán)保、形狀多樣等優(yōu)點(diǎn)，目前受到廣泛應(yīng)用。那么，LED光源采用什么樣的電源供電才能保證它安全、有效地工作，這是一個(gè)十分重要的問題。本文設(shè)計(jì)的LED照明用恒流電源變換器最突出的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)多個(gè)串聯(lián)的LED中有一個(gè)或幾個(gè)損壞(一般擊穿短路)時(shí)，不影響其余LED的正常發(fā)光。若采用恒壓控制，當(dāng)多個(gè)串聯(lián)LED中有一個(gè)或幾個(gè)損壞(擊穿)時(shí)，其余LED兩端電壓就會(huì)升高而損壞?；趯?duì)LED的保護(hù)與亮度可調(diào)方面的考慮，設(shè)計(jì)一種功能完善的LED照明用恒流電源變換器是十分必要的。

　　本文設(shè)計(jì)的LED照明用恒流電源變換器電路組成如圖1所示，它包括：整流濾波電路、脈寬控制(PWM)恒流電路、過壓恒壓保護(hù)電路及光控電路。220V交流電經(jīng)過整流濾波后獲得約300V直流電壓為本電路供電，由于整流濾波電路比較簡(jiǎn)單，這里就不再?gòu)?fù)述了，下面介紹其余各電路的組成及工作原理。

　　本電路采用價(jià)格低廉，性能優(yōu)越的開關(guān)電源控制芯片UC3842為核心器件，為提高效率，開關(guān)管采用大功率場(chǎng)效應(yīng)管，負(fù)載與電源之間采用高頻隔離變壓器T及光電耦合器進(jìn)行隔離，具有良好的隔離性能。電路芯片UC3842采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，共有8個(gè)引腳，各腳功能如下：(1)腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性；(2)腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度；(3)腳為電流檢測(cè)輸入端，當(dāng)檢測(cè)電壓超過1V時(shí)縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài)；(4)腳為定時(shí)端，內(nèi)部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時(shí)間常數(shù)決定，f=1.8/(RTCT)；(5)腳為公共地端；（6)腳為推挽輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時(shí)間僅為50ns驅(qū)動(dòng)能力為±1A；(7)腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為15mW；(8)腳為5V基準(zhǔn)電壓輸出端，有50mA的負(fù)載能力。

　　PWM恒流電路

　　PWM恒流電路由控制芯片UC3842、高頻隔離變壓器T、采樣電路R15、R16、R17等組成。整體電路如圖2所示，為使UC3842具有穩(wěn)定的輸出電流控制能力，其供電采用單獨(dú)穩(wěn)壓供電方式，圖中DC輸入經(jīng)三端穩(wěn)壓集成電路IC1穩(wěn)壓為芯片提供18V穩(wěn)定的直流電壓。電路采用高頻隔離變壓器作為換能裝置，它與光電耦合器(以下簡(jiǎn)稱：光耦)配合使電路輸出端和交流輸入端具有良好的隔離性，其電路的控制原理如下：

　　當(dāng)負(fù)載電流(輸出電流)增大時(shí)，采樣電路R17兩端電壓升高，與其并聯(lián)的光耦I(lǐng)C3，初級(jí)電流增大，使次級(jí)3、4端導(dǎo)通電阻減小，從而使UC3842的2腳電壓升高，由集成電路內(nèi)部電路控制使6腳輸出的PWM脈沖占空比減小，控制開關(guān)管Q1在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間變短，經(jīng)開關(guān)變壓器T傳遞給負(fù)載的能量減小，從而使輸出到負(fù)載的電流減?。环粗?，當(dāng)負(fù)載電流減小時(shí)，R17兩端電壓減小，與其并聯(lián)的光耦I(lǐng)C3初級(jí)電流減小，使次級(jí)3、4端導(dǎo)通電阻變大，從而使UC3842的2腳電壓降低，6腳輸出的PWM脈沖占空比增大，開關(guān)管Q1在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間變長(zhǎng)，輸出給負(fù)載的電流增大，從而實(shí)現(xiàn)恒流輸出。

　　過壓恒壓保護(hù)電路

　　過壓恒壓保護(hù)電路由穩(wěn)壓管DZ、晶體管Q2和光耦I(lǐng)C5等元件組成，其工作原理是，當(dāng)負(fù)載過壓36V時(shí)，R12兩端電壓升高，使晶體管Q2導(dǎo)通，光耦I(lǐng)C5初級(jí)電流大，使次級(jí)3、4端導(dǎo)通電阻減小，通過芯片UC3842控制6輸出的PWM占空比變小，使開關(guān)管Q1在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間變短，輸出電壓降低，這一反饋?zhàn)饔米罱K使輸出電壓恒定在36V電壓值。當(dāng)輸出電壓降低到低于36V時(shí)，晶體管Q2截止，電路又回到恒流控制狀態(tài)。

　　光控電路

　　光控電路由光耦I(lǐng)C4、光敏電阻RU等組成。其原理是，當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)時(shí)，RU阻值變小，光耦I(lǐng)C4初級(jí)電流增大，使次級(jí)3、4端導(dǎo)通電阻減小，通過芯片UC3842控制使輸出電流增大，LED發(fā)光亮度增大，從而實(shí)現(xiàn)LED照明亮度自動(dòng)控制。

　　電路調(diào)試

　　1、恒流輸出電路調(diào)試

　　在路斷開光敏電阻RU及微調(diào)電阻R14，以切斷光控電路和過壓保護(hù)電路的控制作用。交流電網(wǎng)電壓經(jīng)調(diào)壓器調(diào)至220V輸入到整流電路前，負(fù)載串接10個(gè)發(fā)光二極管及一只毫安表，調(diào)整R16及R3使輸出電流為200mA；改變輸入交流電壓±10%，反復(fù)調(diào)整R16及R3使輸出電流為200mA。在恢復(fù)220V交流輸入的情況下，再將負(fù)載由10個(gè)逐漸減少至5個(gè)發(fā)光二極管，電流還應(yīng)穩(wěn)定在200mA，否則電路連接有誤。

　　2、過壓恒壓保護(hù)電路調(diào)試

　　接通微調(diào)電阻R14，用電壓表監(jiān)測(cè)輸出電壓(C9兩端電壓)，負(fù)載串接10個(gè)發(fā)光二極管，反復(fù)調(diào)整R16及R12、R14使輸出電壓升高至36V時(shí)，穩(wěn)定在36V；輸出電壓小于36V時(shí)，電路又回到恒流輸出狀態(tài)。

　　3、光控電路調(diào)試

　　接通光敏電阻RU，調(diào)整R4使電路在不同光照環(huán)境下都能獲得恒流輸出。<