基于TNY279的大功率【LED凈化燈】驅動(dòng)電源電路設計

　LED凈化燈光源作為一種新型綠色光源，由于其具有耗電量低、壽命長(cháng)、反應速度快、高效節能等優(yōu)點(diǎn)，已被越來(lái)越廣泛的應用。在同樣亮度下，LED凈化燈 光源耗電量?jì)H為普通白熾燈的十分之一，而壽命卻可以延長(cháng)100 倍。但其壽命很大程度上決定于驅動(dòng)電源，因此一種可靠的、轉換效率高的、壽命長(cháng)的LED凈化燈 驅動(dòng)電源對于LED凈化燈 光源至關(guān)重要。

　　本文設計了一種LED 光源驅動(dòng)電路，介紹了設計原理和方法，采用電壓和電流雙環(huán)反饋，能夠輸出恒定的電壓和電流，并且具有開(kāi)環(huán)保護負載的功能，能有效提高LED 光源的使用壽命。

　　1 芯片介紹

　　本設計采用TNY279 電源芯片作為開(kāi)關(guān)電源的控制芯片，TNY279 電源芯片在一個(gè)器件上集成了一個(gè)700V 高壓MOSFET 開(kāi)關(guān)和一個(gè)電源控制器，與普通的PWM 控制器不同，它使用簡(jiǎn)單的開(kāi)/關(guān)控制方式來(lái)穩定輸出電壓?？刂破靼ㄒ粋€(gè)振蕩器、使能電路、限流狀態(tài)調節器、5.8V 穩壓器、欠電壓即過(guò)電壓電路、限流選擇電路、過(guò)熱保護、電流限流保護、前沿消隱電路。該芯片具有自動(dòng)重啟、自動(dòng)調整開(kāi)關(guān)周期導通時(shí)間及頻率抖動(dòng)等功能。

　　2 電路的工作原理分析

　　電源的核心部分采用反激式變換器，結構簡(jiǎn)單，易于實(shí)現。整體設計電路圖如圖1。

　　圖1 電源整體設計電路

　　2.1 輸入整流濾波電路

　　考慮到成本、體積等因素，改善諧波采用無(wú)源功率因數校正電路，主要是通過(guò)改善輸入整流濾波電容的導通角方式來(lái)實(shí)現。具體方法是在交流進(jìn)線(xiàn)端和整流橋之間串聯(lián)電感，如圖1 所示C1、C2、L1、L2 組成一個(gè)π 型電磁干擾濾波器，并使用填谷電路填平電路，減小總諧波失真。填谷電路由D1、D2、、D3、C3、C4、R3 組成，限制50Hz 交流電流的3 次諧波和5 次諧波。

　　經(jīng)整流及濾波的直流輸入電壓被加到T1 的初級繞組上。U1（TNY279）中集成的MOSFET 驅動(dòng)變壓器初級的另一側。二極管D4、C5、R6 組成鉗位電路，將漏極的漏感關(guān)斷電壓尖峰控制在安全值范圍以?xún)?。齊納二極管箝位及并聯(lián)RC 的結合使用不但優(yōu)化了EMI，而且更有效率。

　　2.2 高頻變壓器設計

　　TNY279 完全可以自供電的，但是使用偏置繞組，可以實(shí)現輸出過(guò)壓保護，在反饋出現開(kāi)環(huán)故障時(shí)能夠保護負載，有效地減少對LED凈化燈光源的產(chǎn)生的損害，在本設計中采用偏置繞組，如圖1，同時(shí)可由更低的偏置電壓向芯片供電，抑制了內部高壓電流源供電，在空載時(shí)功耗可降低到40MW 以下。Y 電容可降低電磁干擾。

　　2.3 反饋電路設計

　　次級采用恒流恒壓雙環(huán)控制。NCS1002 是一款恒流恒壓次級端控制器。如圖2 所示，它的內部集成了一個(gè)2.5V 的基準和兩個(gè)高精度的運放。

　　圖2 NCS1002 芯片內部結構

　　電壓基準和運放1 是電壓控制環(huán)路的核心。運放2 則是一個(gè)獨立運放，用于電流控制。在本設計中，電壓控制環(huán)路用于保證輸出電壓的穩定，電流反饋控制環(huán)路檢測LED 平均電流，即電路中R17 上的電流，將其轉換成電壓和2.5V基準比較，并將誤差反饋到TNY279 中來(lái)調整導通。

　　具體的工作原理是：NCS1002 調節輸出的電壓值，當輸出電壓超過(guò)設定電壓值時(shí)，電流流向光耦LED，從而下拉光耦中晶體管的電流。當電流超過(guò)TNY279 的使能引腳的閾值電流時(shí)，將抑制下一個(gè)周期，當下降的電壓小于反饋閾值時(shí)，會(huì )使能一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，通過(guò)調節使能周期的數量，對輸出電壓進(jìn)行調節，同樣，當通過(guò)檢測到R16上的電流即輸出電流大于設定的值時(shí)，電流通過(guò)另一個(gè)二極管下拉光耦LED凈化燈中晶體管的電流，達到抑制TNY279 的下一個(gè)周期的目的，當輸出電流小于設定電流時(shí)會(huì )使能一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，通過(guò)這樣的反饋調節機制，能使得輸出的電壓和電流都處于穩定的狀態(tài)。

　　當反饋電路出現故障時(shí)，即在開(kāi)環(huán)故障時(shí)，偏置電壓超過(guò)D9 與旁路/多功能引腳電壓時(shí)，電流流向BP/M 引腳。當此電流超過(guò)ISD（關(guān)斷電流）時(shí)TNY279 的內部鎖存關(guān)斷電路將被激活，從而保護負載。由于使用了偏置繞組將電流送入BP/M引腳，抑制了內部高電壓電流源，這樣的連接方式將265VAC 輸入時(shí)的空載功耗降低到40MW有效的降低功耗。

　　3 電路的參數

　　3.1 輸入輸出參數

　　輸入電壓（AC）： 85～265 V

　　頻率：50Hz

　　輸出電壓： 12V

　　輸出電流：1.67A

　　輸出功率：20W

　　3.2 變壓器參數計算

　　在最低電網(wǎng)電壓為85V 時(shí)，最小的直流輸入電壓V MIN ，可通過(guò)下式計算：

　　式中，ACMIN ，PK V 是最小輸入電壓的峰值，W IN 是電容的放電能量，其中：

　　放電能量IN W 等于需要的峰值輸出功率OPK P 和放電時(shí)間/ 2tLT的乘積：

　　式中， c t 為整流二極管的導通時(shí)間，假設為3 ms，L T 為20 ms，η 為轉換效率。計算得IN V 大約為88 V?！　≡谠O計變壓器時(shí)，考慮到開(kāi)關(guān)電源在整個(gè)范圍內其磁通是不連續的。在最小輸入電壓時(shí)的最大占空比為 DMAX = 0.5。

　　初級感應電動(dòng)勢R V 是通過(guò)初級線(xiàn)圈的次級電壓的感應值，可以由下式計算：

　　VDS可以忽略，則VR=88V。

　　初級電流的最大峰值PKMAX I 和最大輸出功率POMAX 成正比：

　　可計算得IPKMAX =1.16A。

　　初級電感L1的計算。初級電感可以由回掃變壓器的能量方程確定：

　　開(kāi)關(guān)頻率大約132 kHz，所以計算得L1 = 891μH。

　　在不連續模式下，磁芯最大磁通密度通常受磁芯損耗的限制，為了使磁芯損耗保持在可接受的范圍內，對于本設計采用EF25 的磁芯，選擇BMAX= 0.4 特斯拉來(lái)計算初級線(xiàn)圈的匝數N1。

　　式中， MIN A 是磁芯的最小橫截面積。對于EF25，AMIN = 52.5 mm2，N1 = 85。

　　同樣根據設計要求計算得：

　　次級N2 = 8，采用兩個(gè)并聯(lián)繞組；偏置繞組N3 = 9，采用兩個(gè)并聯(lián)繞組。

　　3.3 變壓器的繞制

　　如圖3 所示是變壓的初級、次級和偏置繞組的繞制示意圖。

　　初級繞組以引腳2 作為起始引腳，繞85 圈（x1 線(xiàn)），在2 層中從左向右。 在第1 層結束時(shí)，繼續從右向左繞下一層。在最后一層上，使繞組均勻分布在整個(gè)骨架上。 以引腳1 作為結束引腳，添加1 層膠帶以進(jìn)行絕緣。

　　偏置繞組以引腳4 作為起始引腳，繞9 圈（x 2線(xiàn)）。沿與初級繞組相同的旋轉方向進(jìn)行繞制。使繞組均勻分布在整個(gè)骨架上。 以引腳3 作為結束引腳，添加3 層膠帶以進(jìn)行絕緣。

　　次級繞組以引腳7 作為起始引腳，繞8 圈（x 2線(xiàn)）。 使繞組均勻分布在整個(gè)骨架上。沿與初級繞組相同的旋轉方向進(jìn)行繞制。以引腳6 作為結束引腳，添加2 層膠帶以進(jìn)行絕緣。

　　4 結論

　　設計了一種基于TNY279 的大功率LED凈化燈驅動(dòng)電源電路，分析了其工作原理和設計方法，反饋環(huán)節采用恒壓恒流雙環(huán)的設計，保證輸出電壓和輸出電流的恒定，同時(shí)在開(kāi)環(huán)故障下能夠自動(dòng)關(guān)閉，保護負載，有效的減少了對LED凈化燈光源的損害，提高LED 的使用壽命。同時(shí)轉換效率也在83%以上，并滿(mǎn)足國際標準中對諧波含量的要求。經(jīng)驗證電路能夠輸出預期的效果。

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