一种无级调光隔离反激LED开关电源的设计

潘黄锋，应俊俊

（赛尔富电子有限公司，浙江宁波315103）

0 引 言

随着LED产业化进程的不断推进，以及国家“禁白”政策的实施，LED灯具逐渐推广渗透，已经成为商业以及居家照明应用领域的主流产品。与传统光源相比，LED具有不可比拟的结构优势，节能优势及控制优势、特别是在居家照明的领域，灯具的调光成为一种基本需求。传统光源除白炽灯、卤素灯以外，要实现灯具的无级调光是一种奢望，而这点恰恰是LED的优势。基于隔离反激的电路拓扑结构，本文介绍了一种可实现无级调光的LED开关电源的设计，使LED灯具能够充分发挥其易于控制的优势，以适应各种不同的应用场合。

1 电路分析与设计

电路原理框图如图1所示。

交流输入电压经过EMI滤波电路，提高电源自身电磁抗扰能力的同时也降低对外部电器的电磁干扰。交流输入电压经桥堆全波整流之后再经填谷电路进行无源功率因数校正，由于填谷电路大大增加了整流桥堆的导通角，通过填平谷底，使输入电流从尖峰脉冲变为接近于正弦波的波形，可将功率因数提高到0.9左右，显著降低了总谐波失真［1］。

图1 电路原理框图

漏极保护电路够吸收高频变压器初次级因漏感引起的尖峰电压过高而击穿Mos管［2］。高频变压器的次级通过输出整流滤波电路得到直流。通过采样电路采样输出回路的电流／电压，并与电流／电压的基准信号进行比较，将反馈信号通过光耦反馈电路反馈到初级开关电源芯片，完成开关管开关频率／占空比的调整，实现初次级环路的闭环控制［3］。

由此可见，在整个闭环控制系统中，如果恒流环路的基准信号是可以调整的，那么输出电流自然也就可以调整了。如果基准信号是可以连续变化的，那么通过LED的电流也将发生连续的变化，即无级调光。

以7 W／700 mA的隔离反激LED调光电源为例，着重介绍调光控制部分的设计原理。电路原理图如图2所示。

图2 隔离反激LED调光电源原理图（7W／700mA）

负载为3颗700 mA恒流驱动的LED，恒流工作时典型压降大约为10 V左右，即负载额定功率为7 W。LED正常情况下应该工作在恒流状态，因此当恒流环建立反馈时，恒压环应有足够的裕量保证不与恒流环发生竞争。这里应将恒压环所控制的VCC电压设置在不会与恒流环发生竞争的电压值。如图2所示。

因为运放工作在线性区，虚短［4］：

此时Q2处于导通状态，则：

由于输出电流的变化可以通过改变恒流环路的基准电压实现，基准电压的产生方法有很多，本电路通过单片机输出端口产生频率为500 Hz的PWM方波信号，该PWM信号经过两级RC低通滤波器转化为直流电平，完成DA的转化。关系如下：

为提高电路效率，再经过电阻R16和R14分压，得到恒流环基准电压：

所以，得到UE与DPWM之间的关系：

由于恒流环输出电流ILED与UR之间的关系：

因为运放工作在线性区，虚短［4］：

当单片机输出PWM占空比在1%～100%变化时，对应LED驱动电流在6.8 m A～680 m A范围内变化。因此单片机输出占空比PWM信号的分辨率决定了LED电源的调光分辨率。本案采用Microchip的PIC12F683的CCP模块输出PWM信号［5］，频率设定为500 Hz，PWM分辨率可以达到10位，即电流分辨而实现肉眼基本无法分辨的无级调光。

即：当单片机输出PWM占空比DPWM为100%时，

2 实验结果

单片机输出端Control信号为高电平时，Q2导大于3颗LED串联时候的导通压降，此时恒流环路起主导作用。当单片机PWM占空比为100%时，输出电流有效值ILED约为680 mA，见图3测试结果。

当单片机PWM占空比为78%的时候，输出电流有效值ILED约为530 mA，见图4测试结果。

当单片机PWM占空比为55%的时候，输出电流有效值ILED约为374 mA，见图5测试结果。

图3 PWM占空比和输出电流关系1

图4 PWM占空比和输出电流关系2

图5 PWM占空比和输出电流关系3

当单片机PWM占空比为7%的时候，输出电流有效值ILED约为48 mA，见图6测试结果。

图6 PWM占空比和输出电流关系4

当单片机输出端Control信号为低电平时，Q2截止，恒压环路VCC理论上限制在4.38 V（VCC＝＋10 kΩ＋39 kΩ）＝4.38 V），小于3颗LED串联时候的导通压降（约10 V），此时恒压环路起主导作用LED不工作，灯具处于“关闭”状态。

3 结 论

LED灯具无级调光的隔离反激电路拓扑由单片机产生PWM信号，经过两级RC滤波电路转换成直流电平基准电压，由于基准电压决定输出电流，通过改变PWM的占空比即可以实现改变输出电流达到调光的目的。PWM信号由单片机的硬件模块产生，占空比的分辨率可以达到10位（1 024级）的精度，从而达到肉眼无法分辨的无级调光效果。这种电路结构简洁、实现灵活、调光精度高、性能稳定，在许多需要无级调光功能的产品中已得到广泛的应用。

［1］ 郑艳丽，秦会斌.无源PFC电路在LED驱动电路中的应用研究［J］.机电工程，2011，28（6）：753-756.

［2］ 李振森，徐军明.50 W高功率因数反激式开关电源箝位电路的研究［J］.电子器件，2009，32（6）：016.

［3］ 许海涛，陈少斌.基于TNY279的LED驱动电源设计［J］.机电技术，2011，34（2）：79-81.

［4］ 史正凤.集成运算放大器的虚短虚断概念及在线性运算中的应用［J］.电脑知识与技术，2007，（6）：1293.

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