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基于源极驱动的原边反馈AC-DC LED驱动电路的设计

杨彭林  
【摘要】:随着全球能源危机的日益严重和气候环境的不断恶化,节能减排和绿色能源已经成为全球普遍关注的热点话题。据统计,照明是人类消耗能源的重要方面,约占世界总耗能的19%,因此,绿色节能照明的研究越来越受到重视。LED作为一种绿色环保的新型半导体固态照明光源,因其发光效率高、低碳健康、安全节能、绿色环保和可靠耐用等优点近几年得到了迅速的发展,已经逐步取代传统光源,开始照亮世界。LED驱动电源是LED灯具的核心部件,它直接关系到LED照明产品的性能、安全及寿命的优劣。所以,为了更好地集成到现代照明装置中,LED驱动电源对于尺寸,寿命,成本和可靠性等性能提出了更高的要求。针对小功率LED照明应用,本文主要从简化电路结构和提高恒流精度两个方面开展了研究与设计工作,提出了一种基于源极驱动的原边控制AC-DC LED驱动电路。所设计的驱动电路通过在原边采用低压驱动管控制高压功率管的源极驱动电路结构,省去了传统的原边反馈技术所采用的辅助绕组、反馈电阻网络等电路,大大地减少了小功率LED驱动芯片的引脚数目和外围元器件数目,缩小了系统的体积,降低了设计成本,实现了简化电路的目的。控制芯片通过最低电压检测电路检测次级绕组的电流过零点信息,并且采用智能充放电电路以控制次级绕组的去磁时间TDemag与开关周期Ts成恒定比例,最终通过采用峰值电流检测电路控制原边峰值电流恒定,以实现恒流输出的目的。另外,本文摒弃了传统的线电压补偿技术,在原边峰值电流控制电路中内置了一种基于源极驱动拓扑结构的线电压补偿,通过在芯片CS采样脚上注入一个随输入线电压线性变化的补偿电流,来间接调整原边峰值电流在高压输入下的关断基准小于低压输入下的关断基准,避免了因功率管的关断延迟造成的峰值电流过冲现象,从而大大提高了输出电流的线性调整率,达到了高精度恒流输出的目标。本文设计的控制芯片采用TSMC 0.35μm 5V/650V CMOS/LDMOS工艺进行流片,并且通过3W电路原型测试验证,结果表明:在输入85-264V的范围内,输出恒流精度高达±1.6%,效率在80%以上;输入90V/60Hz情况下,启动时间小于45ms;输入220V/50Hz情况下,静态功耗低达137mW。可见,该电路在小功率LED驱动电源中具有很好的应用前景。


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