LED照明用恒流电源的实现方案

1、一、方案比拟与选择1电路拓扑构造方案方案一：采用反激式拓扑构造的功率因数校正电路，优点是将功率因数校正与电源变换器合二为一，可以大大减少电路的损耗，提高电路的整体效率，缺点是应用在反激式电路的有源功率因数校正控制芯片种类较少，且电路比拟复杂，很难设计与单片机适宜的接口电路，不容易使用单片机进展控制。方案二：将功率因数校正电路与主控电路分开，采用Boost型的功率因数校正电路后接电源变换器的方案，优点是电路构造简单，并不涉及单片机对功率因数校正电路的控制，只需使功率因数校正局部输出一个稳定的电压即可，缺点是会一定程度上降低设计的整体效率。鉴于此题要求步进调压的功能，需要单片机对PWM控制芯片有一

2、个良好而稳定的控制，应选择方案二。2电源变换器方案方案一：采用半桥变换电路，优点是高频变压器利用率高，传输功率大，电路效率很高，缺点是电路较复杂，且有直通危险。方案二：采用单端反激变换电路，优点是电路构造简单，缺点是高频变压器利用率低，需要留有气隙，电路效率不高。鉴于此题要求最大负载只有10个1W的LED,传输功率较小，故采用方案二，即反激式电路拓扑构造。3闭环反响控制方案方案一：采用软件闭环反响控制，即使用单片机进展各参数的采样，然后直接由单片机对PWM控制芯片进展控制，调节占空比。优点是电路构造简单，缺点是反响回路会受到采样精度、采样速度、单片机运算速度等因素的影响，使反响系统变得不稳定。

3、方案二：采用硬件闭环反响控制，即使用硬件电路构建反响电路，由PWM控制芯片自身根据反响信号调节占空比，而单片机对PWM控制芯片只是进展辅助调整。优点是反响速度快，调节精度高，缺点是易受外部干扰。4有源功率因数校正方案方案一：采用UC3854作为有源功率因数校正电路的主控芯片。优点是功率因数校正系数可达99.5%,缺点是外围电路非常复杂且调试困难，方案二：采用MC33260作为有源功率有源功率因数校正电路的主控芯片。优点是外围电路简单，缺点是功率因数校正率与UC3854相比略低。220VAC经工频变压器降压为36VAC,经开机冲击电流抑制电路输入到功率因数校正电路中，再经高频隔离变压器给串联在一

4、起的LED灯供电，在LED灯处分别进展电压、电流采样，返回给PWM控制芯片和单片机，由单片机给定基准电压来控制PWM控制芯片，进而到达控制LED灯恒流可调的目的。系统总体构造框图如图1所示。36V工频交流电/开机冲击电流和EZI抑制电路Boo或型功率因数校正电路厂反激式周离一、变换器A/>成PWM控削芯片LED灯员载(DAC模块令基准电压玉流样电坦采ADC模块人>C8O51FO2Q单片机j/r光强检测模块图1系统总体框图二、电路与程序设计1电源变换器主回路与器件选择PWM控制芯片采用SG3525SG3525的主要特点是：输出级采用推挽输出，双通道输出，占空比0-50%可调。每一通道

5、的驱动电流最大值可达200mA,灌拉电流峰值可达500mA。SG3525的1、2引脚分别为内部误差放大器的反相输入端和同相输入端，反相输入端接收反响的电压信号，同相输入端为给定的电压基准，一般接在16引脚电压基准的分压上，由于题目要求恒流输出时电流步进可调，故同相输入端接单片机DAC模块产生的参考电压。负载的电流采样由串联在LED负载与地之间的采样电阻完成，经一级跟随、一级同相放大之后分别给单片机和PWM控制芯片；电压采样由负载和电流采样电阻上的电压分压完成，经一级跟随分别给单片机和PWM控制芯片。为完成恒压与恒流模式的切换，分别在电压采样回路与电流采样回路与PWM控制芯片间各参加一个N沟道M

6、OSFET作为电子开关，完成切换。为保证反响的稳定性在MOSFET后再加一级跟随后将反响信号传递给PWM控制芯片。R21Ww-4,0KC13_103GND-CS104C940iiFL44<DL4C0>104R19A-R201021%RlAdj田祯1一R23*一CM)VREFoscourvccxrSYNCRTDISCOUTACTOUTB1CMFENINH-IN-ssGND旬ir?131210SG3525AN0-1CL18+/111416-图2PWM控制模块0QCIO1042控制电路与控制程序设计由于本设计的控制局部并不需要很大的计算量，对计算速度的要求也不是很高，但需要ADC与DAC

7、模块进展电压与电流的采样和对PWM控制芯片的控制，因此选用C8051F020单片机作为核心处理芯片，它拥有高速8051微控制器内核，8个12位ADC和2个12位DAC,完全可以满足设计的需求。由于本LED恒流电源工作时绝大局部时间处于稳定状态，且对反响速度没有过快要求，因此并不需要对电压、电流信号进展同时的采样，而可以分别采样，模式切换和基准电压的调整也不需在中断效劳中完成，只有步进调整电流的按键程序需要在中断效劳中完成。3保护电路设计过压保护电路并不是单独设计的，而是整合在电流控制电路中，由恒流控制回路与恒压控制回路的切换完成，当单片机检测到负载上的电压高于36V时，单片机控制将恒流控制回路

8、切换为恒压控制回路，将负载的电压控制在略高于36V,当再次检测到负载电流降低到设定的电流以下时，重新将恒压模式切换为恒流模式，到达过压保护的目的。开始ADC>DAC.液晶、端口扫始化VJ电流信号，电压'信号、调光校块信号采岸将采样所得的各'信号与各自的醐延时等待中断-图3控制程序流程图4功率因数校正电路设计选用小功率功率因数校正芯片MC33260,它工作在电流临界模式。MC33260应用简单可靠。通过电流检测和电压反响，通过PI调节来保持电压恒定。通过对开关管的PWM控制来得到所需要电压。可实现0.998的功率因数校正和输出稳定直流电压的功能。FiltefincUdpdL

9、KUIvconiro!AAA/pRo12一34rLHCKTogmoEJf-5|LOAD(SMPS.LampBalia丸)图4功率因数校正模块5自动调光电路设计，开机冲击电路与EMI抑制电路设计自动调压电路采用光敏电阻作为感光元件，利用比拟强将光的强弱转换为上下电平信号，使用单片机内置的ADC将这个电压信号采回单片机，当光照强度较高时，单片机控制切换为恒流模式，设置的负载电流值为100mA,使LED的亮度随光照强度的增大而减少。开机冲击电路采用热敏电阻串联在电源输入端，温度较低时电阻很大，随着电阻发热温度升高，电阻逐渐变小，到达抑制开关冲击电流过大的目的。EMI抑制电路是利用电感和电容的特性，使

10、平率为50Hz左右的交流电可以顺利通过滤波器，但高于50Hz以上的高频干扰杂波被滤波器滤除，这就使开关电源产生的高频谐波被滤掉而不会污染电网。圳敏电阻10mH10mHLO图5开机冲击电流和EMI抑制模块三、理论分析与计算1包流控制方法和参数计算将一个电阻值较小的采样电阻串联在LED负载与低之间，设流过LED的电流为I,那么采样电阻两端的电压:其中Ro为米样电阻的电阻值，取R0=Q。一级跟随之后电压不变，后为一级同相放大电路，放大倍数为:以16F+1300kn=万诙+1=6.88后为一级跟随，电压不变，因此返回PWM控制芯片的电压为：Uo=6.88U=6.88。xI单片机通过DAC给PWM控制芯

11、片一个参考的基准电压Uref,经过PWM控制芯片的调节占空比来调节副边绕组的电压进而实现调节负载电流。经过闭环负反响的调节作用，使U0=Uref,此时流过负载的电流值为:只要时单片机DAC模块的输出电压根据上面的式子调整，就会使负载工作在某一个需要的恒定电流值上。2隔离变压器的设计计算功率因数校正电路输出的电压为55V,要求负载为10只串联的LED灯，实测正常工作时的电压为34V左右，可得变压器的变比约为：由于PWM控制芯片输出占空比X围为0%50%，因此实际取原边45匝，副边56匝，变比为1.243提高效率的方法选择适宜的主回路拓扑，使用尽可能少的元器件，降低开关频率；主电路选择导通损耗小的

12、开关器件；测量及控制电路在设计时尽可能使用工作电压低的元器件；控制电路尽可能使用数字方法实现等都可以有效地提高系统的效率。4滤波参数计算反激式电压变换器需要输出的为直流量，因此尽量应滤掉所有谐波，使用LC无源低通滤波电路即可满足要求，反激式变换器的开关频率为32kHz,设计滤波器的截止频率应低于32KHz，即：由于该系统为恒流系统，应取较大的L值，并适当减小C的值，据此设定L、C值。选用470卬F的电解电容，根据计算得出电感值约为0.78mH,采用自制的工字型滤波电感。四、测试方案与测试结果1测试仪器与设备1工频变压器2四位半数字万用表DT92033安捷伦示波器DSO5012A2测试数据1输出电流跟踪测试:表1输出电流显示跟踪测试设定电流（mA）150180220360实测电流（mA）151179220359显示电流（mA）1521802193592电压调整率测试设定电流为150mA：表2电压调整率测试U2/V32,5236.3140.21Io（mA）149150150从32V40V时电流变化X围是149mA150mA调整率为0.6%。电压调整率Su<1%。到达要求：3负载调整率测试输入电压为36.23V,设定电流为300mA,负载从5个LED至V10个LED时