LED高效节能驱动电源的设计

周宇

【摘 要】LED具有高效、节能、环保、寿命长等特点，若能以LED照明取代目前低效率、高耗能的传统照明，无疑对缓解当前越来越紧迫的能源短缺和环境恶化问题起到举足轻重的作用。而如今随着LED 的快速发展，LED已经成为各种照明场合的主流照明光源，LED 驱动电源将逐渐成为 LED 灯的可靠性与寿命的决定性因素。本文设计了一种高效节能的驱动电源，经功能测试，LED 驱动电源工作效率在90%以上，功率因数为 0.955，非隔离式输出功率为91.3W，能效等级为1级，通过测试结果验证了本设计的可行性和可靠性。

【关键词】MCZ5205SE；LED；高效节能；驱动电源

【中图分类号】TM91 【文献标识码】B 【文章编号】1671-8437（2018）04-0003-02

LED是上世纪90年代发展起来的新一代冷光源，具有传统光源无可比拟的优势：节约能源、保护环境（不含汞等有害物质）、寿命长（10万小时）、减少维护费用、提供更好的灯光品质、改进灯光視觉效果和安全性。这些都使LED技术在众多基础设施建设中得到越来越多的应用[1]。

LED是特性敏感的半导体器件，又具有负温度特性，因而在应用过程中需要对其进行稳定工作状态和保护，从而产生了驱动的概念。LED是电流驱动的器件，其亮度与正向电流呈比例关系。LED不像普通的白炽灯泡，可以直接连接220V的交流市电。LED是3伏左右的低电压驱动，它对驱动电源有较高要求。

市场对LED驱动电源的效率转换、有效功率、恒流精度、电源寿命、电磁兼容的要求都非常高，设计一款好的电源必须综合考虑这些因数，因为电源在整个灯具中的作用就像人的心脏一样重要。

1 LED 灯的电源驱动原理

高效节能驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电源转换器，LED所需的电压为可以随负载正向电压值变化而改变电压的恒定输出电流源。本电路不管电网电压如何变动，驱动电源在80V―265V区间都能正常工作，同时在电路中加入的保护装置，大大延长了驱动电源的使用寿命[2]。LED是节能产品，驱动电源的效率控制在90%以上，电源的效率高，它的耗损功率非常小，在灯管内发热量就更小，也就降低了灯具的温升，对延缓LED的光衰有利，从而解决了光管散热难的问题。

高功率因数，功率因数是电网对负载的要求。如果功率因数太低，必定给电网电压带来较大波动，影响其它用户用电质量，虽然我国对用电量小的电器，没有强制性指标。但如果功率因数都低，必然会对电网产生较严重的污染，而这次设计的驱动电源的功率因数达到了0.9以上，基本解决了对电能使用效率的问题，减少了对电网的污染。

2 LED 灯的电源驱动器的设计

2.1 驱动电源系统整体架构

驱动电源能实现在输入交流电的情况下，输出稳定的直流电，并满足电磁兼容的要求[3]。在控制电路设计方面，向集中控制、标准模块化、系统可扩展性三方面发展。

驱动电路的结构框图（如图1）所示，输入的交流电先经过前级保护电路进行保护，然后经过EMI 滤波电路抑制自身和电源线产生的电磁污染，再通过全波整流滤波电路，得到较为平滑的电压分别输出到启动电路和LLC谐振变换器，通过变换器转换后输出平稳的直流电压给负载供电，同时启动电路的输出电压送入控制器，和输出电路通过光电耦合器件送来的PWM 电压信号进行比较，控制开关器件的导通和截止来控制变压器的能量传递。

2.2 控制电路的设计

本设计采用 MCZ5205SE LLC电流共振桥式转换器控制IC作为驱动电源的控制芯片，MCZ5205SE 控制芯片具备用于控制临界型PFC控制器与带有高耐压门驱动器的变频LLC桥型全波电流共振电源控制器，并具备各种保护功能。与普通的 PWM 控制器不同，它使用简单的开/关控制方式来稳定输出电压。控制器包括一个振荡器、时间检测器、反馈放大器、PFC监测、信号控制电路、软启动与检测电路、过电流检测电路、输入锁定电路、MOS门驱动电路、PFC过电流检测电路。

该驱动电源具有智能控制功能，能使LED的负载电流在各种因素的影响下都能控制在预先设计的水平上。当负载电流因各种因素而产生变化时，控制器可以通过控制开关使负载电流回到初始设计值上。控制电路如图2所示。

2.3 EMI 滤波电路设计

光电产品对抗浪涌的能力是比较差的，特别是抗反向电压和电网谐波串入的能力。为加强这方面的保护，在设计该产品时加入了抗浪涌保护，即采用 EMI 滤波电路，对从电网系统侵入各种浪涌电流导致LED的损坏的因素加以抑制，从而保护光电产品不被损坏。由于两种干扰是同时存在的，并且共模比差模更容易引起电磁干扰，所以EMI 滤波器主要还是抑制共模干扰信号。

2.4 LLC谐振变换器的设计

LLC谐振变换器主要由输入电源、开关网络、谐振网络、理想变压器、整流桥、滤波网络和负载组成。该电路结合了串联谐振变换器和并联变换器的优点，能在负载和输入电压变化很大的情况下实现输出电压的稳定调节，并能实现场效应管和二极管软开关的控制。

该电路的输入电压VI为205V，设计的输出电压最大值Vomax为32V，输出端整流二极管的正向导通电压Vd为0.9V，额定输出电流Inom为25A，变压器原副边的匝比N为3。

本文设计的高效节能驱动电源采用MCZ5205SE LLC电流共振桥式转换器，恒流效果好，输出电流稳定，体积小，成本低，且能避免LED灯的闪烁现象。该产品比市场上目前的驱动电源更小巧、更节能、更环保、更稳定。目前已完成该产品的制作，并已经投入市场使用。在使用的过程中，本产品工作稳定、散热性好、使用寿命长，故该产品具有较高的市场价值。

【参考文献】

[1]魏大为.大功率LED路灯驱动电源的设计[J].电工技术，2009（5）.

[2]沙占友.LED驱动电源设计入门[J].中国电力出版社：第一版，2012（1）.

[3]杨恒.LED照明驱动器设计步骤详解[M].北京：中国电力出版社，2009.