LED驅動電源設計方案
2011-12-13 10:39:42 來源:網絡 點擊:2389
摘要: LED驅動電源的核心部分是“開關管”和“變換器”組成的開關式直流-直流變換器。它把直流電壓Ui(一般由輸入市電經整流、濾波后獲得)經開關管后變?yōu)橛幸欢ㄕ伎毡鹊拿}沖電壓Ua,然后經整流濾波后得到輸出的電壓Uo。
開關電源具有效率高的特性,而且開關電源的變壓器體積比串聯(lián)穩(wěn)壓型電源的要小得多,電源電路比較整潔,整機重量也有所下降,所以,現(xiàn)在的LED驅動電源大都使用開關電源。電源電路正常是LED驅動電源正常工作的基本保障。
1.開關電源的基本工作原理
開關電源的結構框圖如圖1。由對輸出電壓“取樣”,并對基準源進行“比較”后控制“調整管”或“開關管”,此時開關電源的“開關管”相當于一個開關,開通時間由比較結果而定;當開關電源輸出的電壓太低時,通過“比較放大”控制“開關時間控制電路”使“開關管”開通時間變長,從而使輸出的電壓提升。
LED驅動電源的核心部分是“開關管”和“變換器”組成的開關式直流-直流變換器。它把直流電壓Ui(一般由輸入市電經整流、濾波后獲得)經開關管后變?yōu)橛幸欢ㄕ伎毡鹊?A target='_blank'>脈沖電壓Ua,然后經整流濾波后得到輸出的電壓Uo。
圖2所示是電源電路的實物圖。圖中右上角輸入220V交流市電,先經電源濾波電路后用右下角的二極管進行整流,再經大電容濾波后輸出直流。由于是對220V交流信號進行整流濾波,所以二極管的耐壓值要高,而電容的容量也要大,所以實物圖中右下角的電容體積很大。整流濾波后得到的直流信號再經右邊居中的開關電源IC轉換成高頻的交流信號,再經變壓器耦合輸出各路低電壓的交流信號。由于變壓器是工作在高頻狀態(tài),所以其體積較小。耦合輸出的各組交流信號經左邊的二極管整流、電容濾波和三極管穩(wěn)壓或三端穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓后輸出各部分電路工作所需的直流電壓。此電路由于采用了變壓器并聯(lián)耦合,而且比較放大電路反饋回脈沖調寬電路是利用光耦器件,即用光信號來傳遞信息,輸入端與輸出之間實現(xiàn)絕緣,是冷底盤機,其防觸電的警告標志僅在電路板的右邊。光耦跨接在有警告標志和無警告標志部分,起到傳遞信號而又能隔離前后級地線的作用。這種機型在維修主電路板時,由于主電路板與大地不相連,通常比較安全。但在測量后級電壓時,不能使用前級的地線,否則所測電壓將全部為0V。
圖3所示是電源電路原理圖。電源IC為專用開關電源集成電路VIPER22A,圖4是其外引腳圖,圖中,第1、2腳SOURCE是內部場效應管源極的表示,在使用中通常接地,3腳FB是取樣電壓輸入端,4腳VDD是供電電壓端,第5、6、7、8腳的DRAIN表示接通內部場效應管的柵極。圖5是其內部結構圖。
220V的交流電源經開關輸入后,經四個二極管構成的橋式整流電路整流、C1濾波后輸出一個300V左右的直流信號。由于VIPER22A處于工作狀態(tài),在其內部場效應管截止時,會在變壓器初級(L左1)兩端產生大于300V的電壓,利用R1、C2和D5構成防沖激電路,使其電壓有一個釋放回路,以免激穿VIPER22A內部場效應管。
從圖5所示VIPER22A的內部結構可知,它與其它開關電源存在一些不同。開機后,300V的直流電壓從DRAIN(漏極)腳進入集成電路,經整流和穩(wěn)壓后供給開關電源IC工作,從而使這個電路工作時不需要外接啟動電阻。即使Vdd供電電路不正常,電源電路的振蕩電路仍能起振,而且電路有輸出電壓。用這種專用電源IC的LED驅動電源電源有故障時,故障現(xiàn)象和其他開關電源的故障有所不同,其他開關電源通常無Vdd時,電源電路中的振蕩電路不起振,會出現(xiàn)無輸出的故障現(xiàn)象。
電路工作正常時,開機后,在Vdd正常前,由芯片內部自身供電,經過很短時間后,Vdd供電電源正常,此時,利用門電路控制開關電路(ON/OFF)斷開從柵極輸入的供電回路。VIPER22A有過熱、過壓保護功能。Vdd從4腳輸入后,首先送入比較器,一旦輸入Vdd大于42V,則觸發(fā)器(FF1)輸出一個置位信號1使控制振蕩電路工作的觸發(fā)器(FF2)輸出為0,鎖住U2,振蕩信號無法輸出,即開關管不工作。當輸入電壓小于14.5V時,U3也將輸出一個復位脈沖,使開關管不工作。當電路過熱時,R1為1,將FF2置0,開關管不工作。當供電電壓Vdd在正常范圍時,F(xiàn)B所得的取樣電壓與基準電壓0.23V相比較,用其比較結果去控制FF2的轉換頻率,從而控制開關管的狀態(tài)轉換,實現(xiàn)控制輸出電壓,達到穩(wěn)壓的功能。該集成電路芯片內部包含60kHz的振蕩電路,其外圍電路相當簡單。
下面,為分析方便,把電源變壓器左邊的兩組線圈從上到下定義為L左1、L左2。右邊的線圈從上到下定義為L右1、L右2、L右3。
圖3中,L左2互感產生的交流脈沖電壓經D6整流、R2限流和C3和C6濾波后作為開關芯片的供電電壓。由于VIPER22A的特殊結構,如無Vdd時可實現(xiàn)內部供電,所以R2即使擊穿開路,仍有電壓輸出,但不正常。
同時,Vdd也為取樣回路中的光耦的接收部分供電。L右3感應到的脈沖電壓經D8整流,電感L6、電容C12、C13、C14濾波后,輸出+5V。+5V電壓同時經穩(wěn)壓管Z2后給光耦電路發(fā)射部分供電,通過光耦的接收部分接收到的光作為取樣信號,從VIPER22的3腳FB輸入到芯片,從而去控制開關管的開關頻率,控制電源電壓的穩(wěn)定,起到穩(wěn)壓的作用。該種電源電路由于前后級是通過光耦進行互相控制,前后級不共地,稱為冷底盤機,這種機器由于后級主電路板與市電不相連,維修時比較安全。維修時測量后級的電壓,一定不能用前級的接地點,否則所測電壓始終為0V。
同時,變壓器電感線圈L右3另一端經D7整流C10濾波后輸出+12V。
變壓器電感線圈L右2上端經D10整流、C15濾波后輸出-21V
變壓器電感線圈L右1輸出的脈沖電壓經D11整流、C16濾波后分別輸出FP+和FP-電壓。
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