三相输入大功率LED驱动电源设计

方晓敏+胡敬慰

摘 要：针对LED驱动电源功率小，含有电解电容限制LED光源寿命，文章设计了一种三相输入大功率LED驱动电源，包括主电路及控制电路；控制电路包括用于驱动主电路中开关管的驱动电路、用于控制驱动电路的PWM产生电路，以及用于进行系统环路中电流电压补偿的环路补偿电路。本LED驱动电源，没有大功率电解电容，寿命长、体积小、输出稳定、驱动效果好，适用于大功率LED光源的驱动。

关键词：LED；驱动电源；三相输入

中图分类号：TG434.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）30-0130-02

1 概述

LED作为一种新光源，与原有的照明光源相比具有节能、环保、寿命长、色彩丰富等优点，其具有的各种优势促进了LED市场的发展。使用LED照明时，需要有配套的驱动电源来驱动LED。目前市场上的LED驱动电源大多含有电解电容，限制了LED光源的寿命优势。同时，现有的LED驱动电源，其功率大多只有几十瓦，无法满足工厂、广场等场所需要大功率LED光源的需求。因此，需要研制一种无电解电容的大功率LED驱动电源来满足上述需求。

2 驱动电源方案设计

为了满足大功率LED光源驱动电路的需求，本文设计了一种三相输入大功率LED驱动电源，如图1所示，包括主电路及控制电路；控制电路包括用于驱动主电路中开关管的驱动电路、用于控制驱动电路的PWM产生电路，以及用于进行系统环路中电流电压补偿的环路补偿电路。

2.1 主电路设计

如图2所示，主电路包括依次连接的输入端整流滤波单元、上下开关管、隔直电容、变压器及输出端整流滤波单元。其中，输入端整流滤波单元为单电容半桥结构，由整流二极管D1-D6、电容C1组成。开关管选用大功率MOS管，上开关管T1的漏极和下开关管T2的源极分别连接输入端整流滤波单元的输出端，上开关管T1的源极和下开关管T2的漏极连接，隔直电容Cb设于下开关管T2和变压器T的一次侧之间，输出端整流滤波单元连接变压器T的二次侧，具体为由二极管D7、D8、电感L和电容C2构成的全波整流电路。

采用上述电路，解决了电解电容严重影响LED驱动电源寿命，以及现有的单项电输入的无电解电容LED驱动电源因含有使人眼疲劳的工频频闪的缺点。同时，采用单电容的半桥结构，解决了输入电压高且无电解电容时的体积、成本、波纹问题。

PWM产生电路用于将模拟信号转化为固定周期的PWM信号，为现有LED驱动电路中的常规组成部分，其具体电路结构已较为成熟，在此不作详细说明。

2.2 驱动电路设计

驱动电路连接上下开关管，用于将PWM信号转换为上下开关管的驱动信号。具体的，如图3所示，本实施例中驱动电路包括集成驱动芯片IR、电阻R1、R2、电容C3、C4、二极管D9-D11。其中，集成驱动芯片IR选用IR2113，其VDD和VCC脚接15V供电电源，Hin和Lin脚分别接收PWM产生电路输出的高低电平信号，SD、VSS和COM脚接地；IR的HO脚连接电阻R1的一端和二极管D9的负极，电阻R1的另一端和二极管D9的正极连接上开关管T1的栅极；IR的VB脚连接电容C3的一端和二极管D10的负极，电容C3的另一端连接IR的VS脚及开关管T1的源极；IR的VCC脚连接二极管D10的正极和电容C4的一端，电容C4的另一端接地；IR的LO脚连接电阻R2的一端和二极管D11的负极，电阻R2的另一端和二极管D11的正极连接下开关管T2的栅极。

2.3 电流补偿网络

本文中，针对LED的负载特性，通过设计电流补偿网络和电压补偿网络，实现了适合LED的精确限压的恒流驱动方式。

具体的，如图4所示，电流补偿网络包括电阻R3-R12、Rs、电容C5-C10、光耦OPT1、放大器U1、U2及第一稳压源。电感L2的一端连接15V供电电源，另一端连接电容C5的一端和光耦OPT1的4脚；光耦OPT1的1脚接15V供电电源，2脚接电阻R4的一端，3脚接电阻R3的一端及反馈信号输出端FB；电阻R4的另一端连接电容C6、C7和第一稳压源的3脚，电容C6的另一端连接电阻R7的一端和放大器U1的反相端，电阻R7的另一端连接电容C9的一端和放大器U1的输出端；电阻R6的一端连接15V供电电源，另一端连接电阻R8、电容C8的一端及放大器U1的同相端；电容C9的另一端连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端连接电阻R11、R12、电容C10的一端及放大器U2的反相端；电阻R11的另一端连接点入R10的一端和放大器U2的输出端，电阻R10的另一端连接电容C7的另一端和第一稳压源的1脚；放大器U2的同相端连接采样电流输入端和电阻Rs的一端；电阻R3、R8、R12、Rs、电容C5、C8、C10及第一稳压源的2脚接地。

2.4 电压补偿网络

如图5所示，电压补偿网络包括电阻R13-R17、电容C11-C13及第二稳压源；电阻R13的一端连接光耦OPT1的2脚，另一端连接电阻R14、电容C11及第二稳压源的3脚，电阻R14的一端连接电容C12的一端，电容C11的另一端连接电阻R15、R16、R17的一端、第二稳压源的1脚及电容C12的另一端；电阻R15的另一端连接采样电压输入端和电容C13的一端，电容C13的另一端连接电阻R16的另一端，电阻R17的另一端连接第二稳压源的2脚并接地。

3 结束语

本文设计的三相输入大功率LED驱动电源，主电路的输入端整流滤波单元均采用单电容半桥结构，与传统的双电容半桥电路相比少用一个隔直电容，降低了成本，且用于LED驱动时具有良好的启动特性。输出端整流滤波单元则采用了全波整流结构，减少了整流二极管使用数量，体积小且成本低。本驱动电路的结构简单且驱动效果好，结合环路补偿电路，对LED的驱动更稳定。本LED驱动电源，没有大功率电解电容，寿命长、体积小、输出稳定、驱动效果好，适用于大功率LED光源的驱动，具有良好的实用性和市场前景。

参考文献：

[1]吴运铨.基于PWM大功率LED驱动电源的设计[J].机电技术，2016，02，85-87.

[2]王天昊，兰春光.大功率LED驱动电源的设计与调试[J].黑龙江科技大学学报，2016，05，569-572.

[3]徐超，张淼.基于LLC谐振的大功率LED驱动电源的研究[J].电力电子技术，2014，05，42-44.

[4]趙永忠.用SA7527电路组成的灯管型大功率LED恒流驱动器[J].科技创新与应用，2013（18）：27-28.endprint