LED电源设计及经验汇编

的散热，暴晒则容易引起高温和电线及其他元器件的老化，从实际使用中的经验来看，旋转接线插头的故障率较高，多数为漏水造成故障。

　7、模块化设计。

　　模块化设计已经成为当今的潮流，必须在模块电源一体化上想办法，，如果电源能用插拔的方式解决维护问题，一定会受到用户的欢迎，同时还需建立接口标准化，让不同厂家的LED灯电源能够通用。

　　高效高可靠LED灯具设计的五点忠告。

　　不要使用双极型功率器件

　　Doug Bailey指出由于双极型功率器件比MOSFET便宜，一般是2美分左右一个，所以一些设计师为了降低LED驱动成本而使用双极型功率器件，这样会严重影响电路的可靠性，因为随着LED驱动电路板温度的提升，双极型器件的有效工作范围会迅速缩小，这样会导致器件在温度上升时故障从而影响LED灯具的可靠性，正确的做法是要选用MOSFET器件，MOSFET器件的使用寿命要远远长於双极型器件。

　　MOSFET的耐压不要低於700V

　　耐压600V的MOSFET比较便宜，很多认为LED灯具的输入电压一般是220V，所以耐压600V足够了，但是很多时候电路电压会到340V，在有浪涌的时候，600V的MOSFET很容易被击穿，从而影响了LED灯具的寿命，实际上选用600VMOSFET可能节省了一些成本但是付出的却是整个电路板的代价，所以，“不要选用600V耐压的MOSFET，最好选用耐压超过700V的MOSFET。”他强调。

　　尽量不要使用电解电容

　　LED驱动电路中到底要不要使用电解电容？目前有支持者也有反对者，支持者认为如果可以将电路板温度控制好，依次达成延长电解电容寿命的目的，例如选用 105度寿命为8000小时的高温电解电容，根据通行的电解电容寿命估算公式“温度每降低10度，寿命增加一倍”，那么它在95度环境下工作寿命为 16000小时，在85度环境下工作寿命为32000小时，在75度环境下工作寿命为64000小时，假如实际工作温度更低，那么寿命会更长！由此看来，只要选用高品质的电解电容对驱动电源的寿命是没有什麽影响的！

　　还有的支持者认为由无电解电容带来的高纹波电流而导致的低频闪烁会对某些人眼造成生理上的不适，幅度大的低频纹波也会导致一些数码像机设备出现差频闪烁的亮暗栅格。所以，高品质光源灯具还是需要电解电容的。不过反对者则认为电解电容会自然老化，另外，LED灯具的温度极难控制，所以电解电容的寿命必然会减少，从而影响LED灯具的寿命。

　　对此，Doug Bailey认为，在LED驱动电路输入部分可以考虑不用电解电容，实际上使用PI的Link Switch-PH就可以省去电解电容，PI的单级PFC/恒流设计可以让设计师省去大容量电容，在输出电路中，可以用高耐压陶瓷电容来代替电解电容从而提升可靠性，“有的人在设计两级电路的时候，在输出采用了一个400V的电解电容，这会严重影响电路的可靠性，建议采用单级电路用陶瓷电容就可以了。”他强调。“对於不太关注调光功能、高温环境及需要高可靠性的工业应用来说，我强烈建议不采用电解电容进行设计。”

　　尽量使用MOSFET器件

　　如果设计的LED灯具功率不是很高，Doug建议使用集成了MOSFET的LED驱动器产品，因为这样做的好处是集成MOSFET的导通电阻少，产生的热量要比分立的少，另外，就是集成的MOSFET是控制器和FET在一起，一般都有过热关断功能，在MOSFET过热时会自动关断电路达到保护LED灯具的目的，这对LED灯具非常重要，因为LED灯具一般很小巧且难以进行空气散热。“有的时候会发生LED因过热燃烧伤人的情况，但是我们的方案从来不会这样的。”他表示。

　尽量使用单级架构电路

　　Doug表示有些LED电路采用了两级架构，即“PFC(功率因数校正)+隔离DC/DC变换器”的架构，这样的设计会降低电路的效率。例如，如果 PFC的效率是95%，而DC/DC部分的效率是88%，则整个电路的效率会降低到83.6%!“PI的Link Switch-PH器件同时将PFC/CC控制器、一个725VMOSFET和MOSFET驱动器集成到单个封装中，将驱动电路的效率提升到 87%!”Doug指出，“这样的器件可大大简化电路板布局设计，最多能省去传统隔离反激式设计中所用的25个元件，省去的元件包括高压大容量电解电容和光耦器。”Doug表示LED两级架构适用於必须使用第二个恒流驱动电路才能使PFC驱动LED恒流的旧式驱动器。这些设计已经过时，不再具有成本效益，因此在大多数情况下都最好采用单级设计。

　　如何提高LED驱动电源可靠性设计

　　目前LED 驱动电源存在驱动能力较低，保护功能较少，输出电压电流不稳定，可靠性差等问题，很难达到要求，根据设计经验提出了驱动电源硬件电路的设计方案，本设计能够很好地提高LED 驱动电源的可靠性。

　　总体电路设计

　　LED 驱动电源的总体设计如图1 所示。图1 中主电路中U 为220 V 交流输入电压； RC，CC和DC构成RCD 电路； T 为变压器； S 为开关管； D 为整流二极管； C为整流电容； RC为采样电阻，具体电路如图1 所示。

　　电路在设计时考虑到电路的可靠性，输入端应具有隔离电路，以保护电网和用电设备的安全。输入端设计了输入保护电路，用来保护LED 驱动电源在电网侧产生脉动瞬态干扰下能够正常工作，并有效抑制共模和差模干扰。为了提高电路的功率因数，电路中采用了有源功率因数校正电路。为了实现恒流输出，采用电流反馈控制，RC采样电阻感应输出电流大小，与参考点电压进行比较，输出信号通过光电耦合电路输入到控制器，产生PWM 控制信号，控制变压器的工作方式，已达到变压器恒流输出。

图1 LED 驱动电源总体设计电路

　　 部分电路设计

　　（ 1） 输入保护电路设计

　　LED 大功率灯驱动电源一般用在室外，用电环境相对比较恶劣，且外界的各种干扰容易使电源出现问题。同时，LED 灯驱动电源的故障，也容易对电网的安全造成隐患。因此，有必要在输入端设计保护电路，用来保护用电设备和电网的安全。

　　电路中有负温度系数热敏电阻，用来启动过电流保护。通过保险丝进行过电流保护。利用压敏电阻来抑制瞬变传导产生的干扰，吸收输入端的浪涌和脉冲干扰。电路中设有共模与差模干扰抑制电路，用来减小LED 驱动电源对其他用电设备的干扰，同时可以抑制外界用电设备对驱动电源的干扰。

　　（ 2） 功率因数校正电路

　　将交流220 V 市电经整流后供给负载使用，最常用的整流方式是由4 个二极管组成的整流桥将交流电变换为直流电，但是这种方法存在着一个无法避免的缺点： 由二极管和电容组成的非线性电路会产生大量的电流谐波和无功功率，造成电网的污染。这种谐波污染不仅会使电网电压发生畸变，而且还会造成用电设备的故障和损坏。另外，用电设备的功率因数越高，则有功功率所占的比重越大，设备就越节能。

　　为了提高功率因数，需要做两个方面的工作： 一方面减小输入电流和输入电压之间的相位差φ，努力使两者同相位； 另一方面，需要减小输入电流的谐波含量，采取一定的方法使输入电流的波形接近正弦波。

　　基于上述要求，可以采用安森美公司生产的MC33260 芯片作为有源功率因数控制芯片，此芯片只需要使用最少的外部元件便可以实现控制要求，可以极大地减小电感和功率开关的尺寸，降低系统的成本且功能还能达到要求。电路如图2 所示。

图2 功率因数校正电路

　　（3） RCD 缓冲电路设计

　　为了防止开关管被峰值电压击穿，通常可以采用的方法有如下两种： 一是减小漏感，二是通过设计RCD 缓冲电路吸收很高的电压尖峰能量。虽然在变压器的加工过程中将线圈缠紧并紧密地包围住气隙，然后将线圈外围包上铜箔可以有效地减小漏感； 但变压器漏感无法完全消失，因此需要设计RCD 电路对电压峰值进行吸收，电路如图3 所示。

图3 RCD 缓冲电路

　　（4） 变换电路设计

　　LED 路灯驱动电源所需的输出功率较大，需要较高的转换效率，且需要较好的调节性和较小的纹波，由于考虑到需要将LED 照明装置与电网隔离，以提高安全性，所以采用单端反激式DC-DC 变换器，这种隔离式的DC-DC 变换电路的变压器不仅具有隔离和变压的作用，还具有电感的特性，可以起到储存能量的作用，且变换器工作于连续工作模式。这种变换器特别适用于功率为100 W ~ 200 W 之间的电源，且输出电压较高，输出电流较小的场合。这种工作模式虽然会使变压器副边的二极管损耗较大，但可以减小变压器的铁芯损耗。变压器副边产生的串扰可以采用串联饱和电感的方式来进行抑制。　　（5） PWM 控制电路设计

　　DC-DC 变换器的PWM 控制原理有两种： 电压控制型和电流控制型。考虑到稳定性问题，我们采用电流控制型PWM 控制器，即NCP1230 模块（ 图4） .它是一种峰值电流控制模式的PWM 控制器，具有向前极供电的功能，在空载时关闭PFC 电路，能够提高电源的效率。这款芯片还具有周期跳频，内部斜坡电压补偿，软启动等一系列功能。

图4 NCP1230 模块PWM 控制电路

　　电路的EMC 防护

LED 灯的驱动电源受安装环境条件的影响，很容易受到电磁干扰，特别是雷击干扰。为此，驱动电