(完整版)LED燈恒流驅(qū)動電源設(shè)計指導(dǎo)書(新)

1、LED高效恒流驅(qū)動電源的設(shè)計指導(dǎo)書第1章緒論11LED工作原理1.1.1LED發(fā)光原理發(fā)光二極管（LED）是一種將把電能變成光能的器件，發(fā)光二極管的主要部份是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體中，空穴占有絕對地位，而在N型半導(dǎo)體中電子占絕大多數(shù)。在這兩者之間是p-n結(jié)。的大體工作過程是一個電變光的過程，當(dāng)LED的p-n結(jié)由外部電路加上正向偏壓時，P區(qū)的正電荷將向N區(qū)擴散，同時N區(qū)的電子也向P區(qū)擴散，電子與空穴結(jié)合然后釋放能量，一部分能量由光的形式散發(fā)出來，這就是發(fā)光的原因。不同大小的能量水平的差異，頻率和波長的光的不同，相應(yīng)的光的顏色是不同的，這便是LED發(fā)光原理。112LED光

2、源的特點1 超低能耗比起傳統(tǒng)的白熾燈為首的白熾燈，至少節(jié)省20%以上的電量，節(jié)約了資源。2 超長壽命傳統(tǒng)的節(jié)能燈的壽命是20008000小時，而LED照明燈壽命可達(dá)5萬10萬小時。3 響應(yīng)時間短LED燈的響應(yīng)時間比傳統(tǒng)的照明燈快幾個數(shù)量級。4 工作電壓低LED的驅(qū)動電源既可以是高壓電源又可以是低壓電源，相比傳統(tǒng)的照明燈，它更加適應(yīng)電壓的變化，電壓發(fā)生變化的時候不容易損壞。5 綠色環(huán)保符合歐盟標(biāo)準(zhǔn)，不會造成環(huán)境污染，并且LED可以被回收利用。6 堅固可靠LED完全封裝在循環(huán)氧樹脂里面的LED,它比傳統(tǒng)照明燈更加堅固不易損壞。7 不招蚊蟲因LED用二極管發(fā)光技術(shù)，使用的冷光源，所以不招蚊蟲。8 自

3、選顏色可以通過不同的設(shè)計以及電流的大小來改變LED的顏色。如小電流時為紅色的LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬?，黃色，最后為綠色。目前白色LED發(fā)光效率已經(jīng)突破120LM/W,是白熾燈15LM/W的8倍,是熒光燈50LM/W的2倍多。LED的光譜中沒有紫外線和紅外線成分，所以有害輻射小。在散熱良好的情況下，LED的光通量半衰期大于5萬小時以上，可以正常使用20年，器件壽命一般都在10萬小時以上，是熒光燈壽命的10倍，是白熾燈的100倍。這種燈具具有非常好的節(jié)能長壽命特性，隨著白色LED價格的不斷降低，LED照明燈不但在節(jié)日彩燈裝飾中廣泛應(yīng)用，而且逐步延伸到路面照明、民用照明等低照度要求的

4、領(lǐng)域，全面進入實用化，并且在環(huán)保方面廢棄物可以回收，沒有熒光燈的汞污染問題，是國家重點發(fā)展的繼白熾燈、熒光燈之后的第三代照明產(chǎn)業(yè)。LED驅(qū)動電源原理下圖為超高亮LED的特性伏案特性曲線，即正向電流（IF）和正向壓降（VF）的關(guān)系曲線，由曲線可知，當(dāng)正向電壓超過某個閾值，即通常所說的導(dǎo)通電壓之后，可近似認(rèn)為，IF與VF成正比。表中是當(dāng)前主要超高亮LED的電氣特性。當(dāng)前超高亮LED的最高IF可達(dá)1A,而VF通常為24V。（圖1）由于LED的光特性通常都表述為電流的函數(shù)，而不是電壓的函數(shù)，（圖2）是光通量©V）與IF的關(guān)系曲線，因此，采用恒流源驅(qū)動可以更好地控制亮度。此外，LED的正向壓降

5、變化范圍比較大（最大可達(dá)1V以上），而由（圖1）中的VF-IF曲線可知，VF的微小變化會引起較大的，IF變化，從而引起亮度的較大變化。所以，采用恒壓源驅(qū)動不能保證LED亮度的一致性，并且影響LED的可靠性、壽命和光衰。因此，超高亮LED通常采用恒流源驅(qū)動。圖2）（圖3）是LED的溫度與光通量©V）關(guān)系曲線，由（圖3）可知光通量與溫度成反比，85°C時的光通量是25C時的一半，而-40C時光輸出是25C時的1.8倍。溫度的變化對LFD的波長也有一些影響，因此,良好的散熱是LED保持恒定亮度的前提。（圖3）是LED的溫度與光通量©V）關(guān)系曲線。（圖3）一般LED驅(qū)動電

6、路介紹由于受到LED功率水平的限制，通常需同時驅(qū)動多個LED以滿足亮度需求，因此，需要專門的驅(qū)動電路來點亮LED。下面簡要介紹LED概念型驅(qū)動電路。阻限流電路如（圖4）所示，電阻限流驅(qū)動電路是最簡單的驅(qū)動電路，限流電阻按下式計算。（圖4）式中：Vin為電路的輸入電壓：IF為IED的正向電流;VF為LED在正向電流IF時的壓降;VD為防反二極管的壓降（可選）;y為每串LED的數(shù)目x為并聯(lián)LED的串?dāng)?shù)。由上圖可得LED的線性化數(shù)學(xué)模型為:汗=I.+h式中：Vo為單個LED的開通壓降；Rs為單個LED的線性化等效串聯(lián)電阻。則上式限流電阻的計算可寫為：當(dāng)電阻選定后，電阻限流電路的IF與VF的關(guān)系為由上

7、式可知電阻限流電路簡單，但是，在輸入電壓波動時，通過LED的電流也會跟隨變化，因此調(diào)節(jié)性能差。另外，由于電阻R的接人損失的功率為xRIF,因此效率低。線性調(diào)節(jié)器介紹線性調(diào)節(jié)器的核心是利用工作于線性區(qū)的功率三極管或MOSFFET作為一動態(tài)可調(diào)電阻來控制負(fù)載。線性調(diào)節(jié)器有并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種。（圖5）a所示為并聯(lián)型線性調(diào)節(jié)器又稱為分流調(diào)節(jié)器（圖中僅畫出了一個LED，實際上負(fù)載可以是多個LED串聯(lián)，下同），它與LED并聯(lián)，當(dāng)輸入電壓增大或者LED減少時，通過分流調(diào)節(jié)器的電流將會增大,這將會增大限流電阻上的壓降，以使通過LED的電流保持恒定。由于分流調(diào)節(jié)器需要串聯(lián)一個電阻，所以效率不高，并且在輸入電壓變

8、化范圍比較寬的情況下很難做到恒定的調(diào)節(jié)。（圖5）b所示為串聯(lián)型調(diào)節(jié)器，當(dāng)輸入電壓增大時，調(diào)節(jié)動態(tài)電阻增大，以保持LED上的電壓（電流）恒定。由于功率三極管或MOSFET管都有一個飽和導(dǎo)通電壓，因此，輸入的最小電壓必須大于該飽和電壓與負(fù)載電壓之和，電路才能正確地工作。開關(guān)調(diào)節(jié)器介紹上述驅(qū)動技術(shù)不但受輸入電壓范圍的限制，而且效率低。在用于低功率的普通LED驅(qū)動時，由于電流只有幾個mA,因此損耗不明顯，當(dāng)用作電流有幾百mA甚至更高的高亮LED的驅(qū)動時，功率電路的損耗就成了比較嚴(yán)重的問題。開關(guān)電源是目前能量變換中效率最高的，可以達(dá)到90%以上。Buek、Boost和Buck-Boost等功率變換器都可

9、以用于LED的驅(qū)動，只是為了滿足LED的恒流驅(qū)動，采用檢測輸出電流而不是檢測輸出電壓進行反饋控制。（圖6）（a）為采用Buck變換器的LED驅(qū)動電路，與傳統(tǒng)的Buek變換器不同，開關(guān)管S移到電感L的后面，使得S源極接地，從而方便了G的驅(qū)動，LED與L串聯(lián)，而續(xù)流二極管D與該串聯(lián)電路反并聯(lián),該驅(qū)動電路不但簡單而且不需要輸出濾波電容，降低了成本。但是，Buck變換器是降壓變換器，不適用于輸入電壓低或者多個LED串聯(lián)的場合。（圖6）（b）為采用Boost變換器的LED驅(qū)動電路，通過電感儲能將輸出電壓泵至比輸入電壓更高的期望值，實現(xiàn)在低輸入電壓下對LED的驅(qū)動。優(yōu)點是這樣的驅(qū)動IC輸出可以并聯(lián)使用，有

10、效的提高單顆LED功率。（圖6）（c）為采用BuckBoost變換器的LED驅(qū)動電路。與Buek電路類似，該電路S的源極可以直接接地，這樣方便了G的驅(qū)動。Boost和Buck-Boosl變換器雖然比Buck變換器多一個電容，但是，它們都可以提升輸出電壓的絕對值。因此，在輸入電壓低，并且需要驅(qū)動多個LED時應(yīng)用較多。（圖6）第2章開關(guān)式恒流驅(qū)動電源原理分析2.1 LED驅(qū)動方式常見的LED驅(qū)動方式有以下三種：阻容降壓、隔離反激以及原邊調(diào)節(jié)方案。其中阻容降壓式電路簡單，成本低，但效率低，調(diào)節(jié)精度差，已被淘汰。目前主要采用的是開關(guān)電源方式的隔離反激以及原邊調(diào)節(jié)方案。2.1.1 開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本工

11、作原理開關(guān)電源是通過控制晶體管的導(dǎo)通與截至的時間或頻率，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。相比線性電源，具有效率高、體積小、重量輕、適應(yīng)電網(wǎng)電壓范圍寬等優(yōu)點。開關(guān)式穩(wěn)壓電源的控制方法可以分為脈寬調(diào)制（PWM）方法和頻率調(diào)制（PFM）方法兩種，在我們實行的工作和使用中，基本上都是用脈寬調(diào)制式開關(guān)穩(wěn)壓電源。就當(dāng)下的開發(fā)和設(shè)計的開關(guān)電源集成電路中八成以上都是采納脈寬調(diào)制型。所以接下來我們就主要介紹脈寬調(diào)制式開關(guān)穩(wěn)壓電源。脈寬調(diào)制式開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理可參見下圖：圖2-1開關(guān)電源基本原理從上圖所示的單極性矩形脈沖可以看出，單極性矩形脈沖的寬度決定了U0的值，如果脈沖的寬度加寬,那么相應(yīng)的直流電壓也會增加

12、。Uo可用以下公式計算得出結(jié)果：Uo=T1/TxUm=DUm其中T1是矩形脈沖寬度，T為該矩形脈沖周期，Um是矩形脈沖的峰值，D為占空比。從上面的公式我們可以得出結(jié)論，Uo可以通過調(diào)節(jié)D實現(xiàn)穩(wěn)定。2.1.2AC/DC開關(guān)式穩(wěn)壓電源的原理圖2-2開關(guān)電源原理電路交流電壓AC經(jīng)過整流電路和濾波電路整流濾波后，含有脈動成分的直流電壓，電壓被開關(guān)變換器轉(zhuǎn)換成方波電壓，這個方波電壓被調(diào)寬(或調(diào)頻)后，再經(jīng)整流濾波后成為我們所要求的DC。脈沖寬度調(diào)制部分的電路，包括抽樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制、參考電壓電路等等。2.2反激式概述反激式(Flyback)變壓器，英文名稱：FlybackTransform

13、er。變壓器也稱之為轉(zhuǎn)換器、變換器。反激式是指當(dāng)初級線圈被變壓器的直流脈沖電壓激勵時，負(fù)載沒有變壓器次級線圈提供的功率輸出；只有當(dāng)斷開變壓器初級線圈的激勵電壓時，負(fù)載才會有功率輸出。這就是反激式開關(guān)電源。VDN2宇匚0Lvt圖2-3反激式開關(guān)電源工作原理N反激式變壓器有如下幾點優(yōu)點：1.轉(zhuǎn)換的效率高，2.變壓器匝比ps數(shù)值小3.電路簡單，體積小，節(jié)約成本。2.2.1反激式開關(guān)電源的工作過程以上圖所示的電路為例，我們來分析一下反激式的工作原理。當(dāng)三極管VT導(dǎo)通的時候，即左側(cè)電路構(gòu)成通路，初級線圈繞組Np上有電流流過即Ip，并且開始儲存能量。從圖中可以看出，初級線圈Np和次級線圈N2的極性是相反的

14、，二極管反偏截至，能量也就無法進行傳遞，從而無法到達(dá)負(fù)載。而當(dāng)三極管VT截至的時候，分析跟上述相反，二極管正向?qū)?，能量到達(dá)負(fù)載，I0流過負(fù)載。其過程的波形圖如下：圖2-4波形圖2.2.2反激式開關(guān)電源的工作方式反激式變壓器的工作方式大概有以下兩種：其一是本次設(shè)計采用的工作方式，那就是DCM工作方式，即是電感電流不連續(xù)模式，其二是CCM工作方式，即使電感電流連續(xù)模式。1. CCM(ContinuousInductorCurrentMode)，就是周期內(nèi)開啟時間所獲得的能量在反激的時間里部份或者說不完全的傳給輸出端。2. DCM(DiscontinuousInductorCurrentMode)

15、，就是周期內(nèi)開啟時所儲存的能量在周期內(nèi)的反激時間完全或者說是全部流到輸出端。陽3(blDCM圖2CCM與DCM工作模式波形圖。2.3原邊反饋概述2.3.1PSR(PrimarySwitchingRegulator，原邊開關(guān)調(diào)節(jié))控制原理近兩年由于PSR線路簡單，成本低，所以在充電器，LED驅(qū)動應(yīng)用方面相當(dāng)流行。先談?wù)凜V操作模式，現(xiàn)在大部分芯片都是直接取樣輔助線圈上電壓，由于漏感的原因，在MOS關(guān)斷后，也就是次級二極管導(dǎo)通瞬間，會產(chǎn)生一個尖峰，影響電壓采樣，為了避開個這個尖峰，大部分廠家都是采用延時采樣，也就是在MOS管關(guān)斷一段時間后再來采樣線圈電壓。從而避開漏感尖峰OPI是在高壓開關(guān)關(guān)斷2.

16、5US采樣。這種采樣方式其實在以前很多芯片上的過壓保護上也都有應(yīng)用，比如0B2203和UCC28600,NCP1377上都有這樣的應(yīng)用，所以可以得到較高精度的過壓保護。還有些廠家是在下取樣電阻上并一個小容量的電容來實現(xiàn)。同時建議大家吸收電路使用恢復(fù)時間約只有2us的IN4007再串一個百歐左右的電阻作吸收?？梢詼p小漏感產(chǎn)生的振鈴，從而減小取樣誤差。得到較高采樣精度。次級圈數(shù)固定，輔助繞組固定，取樣精度高。比較器內(nèi)部精度也高，自然可以得到較高的輸出電壓精度。圖片截自NCP1377規(guī)格書。Figure24.AVoltageSampleisTaken4.&嚇AftertheTurn-OffS

17、equence因為輸出電流Io是次級電流(如下圖的三角形)在一個工作周期的平均值，所以Io=(Td/T)*Ipsk/2,其中T為工作周期。(A)mCJ一se<芒山由安匝平衡條件，Np*Ipk=Ns*Ipks，所以Ipks=Np*Ipk/Ns,將Ipks=Np*Ipk/Ns代入Io=(Td/T)*Ipsk/2,得到：Io=(Td/T)*(Np*Ipk/Ns)/2。由上式可以看出，Np,Ns為常數(shù)，只要固定Ipk和Td/T,就可以得到固定的電流輸出，即恒流(CC)輸出。市面上很多IC固定Ipk的方式是限制初級MOS取樣電阻上的峰值電壓，同時為了避免寄生電容在導(dǎo)通時產(chǎn)生的電流尖峰，會加入一段消

18、隱時間。Td/T是由IC內(nèi)部固定的°0B公司的是0.5(它是給出Td同頻率的關(guān)系)，BYD的1508是直接給出0.42。仙童的沒有直接給出1317沒直接給出這個值，而是給出了一個計算初級電流的公式。也是間接告訴了Td/T。COP8155也是如此，通過計算Td/T=1/3=0.333。在CC時，在不同輸出電壓情況下，工作在PFM模式以保證固定的Td/T而實現(xiàn)穩(wěn)定的輸出電流。這就是實現(xiàn)恒流的基本原理，輸出電壓變化時能保證電流不變。只要保證IC的Td/T的精度，以及初級峰值電流的限流精度就可以得到較高的輸出電流精度。這兩部分基本上取決于IC。取樣電阻保證1%是沒有問題的。對于PSR對電感量

19、補償?shù)脑?，?dāng)電感量低出設(shè)計正常值時，要達(dá)到同樣的峰值電流需要的時間就短了，At=L*AI/V,AI在DCM模式時等于峰值電流，而峰值Ipk電流是固定的(見上述)。V就是Vin,為常數(shù)，所以L低會造成At下降，也就是Ton(At二Ton)下降。根據(jù)伏秒平衡，Vp*Ton二Vs*Td，得Ton二Td*Ns/Np,Np,Ns為常數(shù)，Ton的下降同樣也造成Td下降。由于Td/T為固定值，Td下降造成T變小，所以頻率就升高了。但是由于有最高頻率的限制,所以設(shè)計時要注意在最重負(fù)載時，頻率不能工作在最高頻率，這樣電感量的變化將得不到補償(通過調(diào)節(jié)頻率)。應(yīng)適當(dāng)?shù)陀谧罡吖ぷ黝l率。電感量高出正常值時，結(jié)果當(dāng)然

20、是相反的。Io=(Td/T)*(Np*Ipk/Ns)/2。只要Ipk,Td/T不變，輸出電流也就不變。所以電感量變化引起的是頻率的變化。從公式P=1/2*L*I2kf也可以看出。I固定，輸出功率不變，L的變化引起的是頻率f的變化，但一定要注意最高工作頻率限制。同時該公式還表明，I固定，f隨P減小而減小，從而可以減小電源的待機功耗，但要注意最低的頻率要大于可聞頻率(20KHz),以免變壓器產(chǎn)生可聽到的“吱吱”噪聲。初級調(diào)節(jié)原理我們可以通過結(jié)合下面的原理圖來進行分析。負(fù)載的任何改變我們都可以通過輔助繞組(NAUX)的電壓變化來監(jiān)控。我們用控制器打開MOS管。使其導(dǎo)通之后，初級繞組線圈電流I從0線性

21、上升到ipeak，其公式為iVti=_inXtpeakLonp(2-1)這個過程中初級繞組NP已經(jīng)把能量儲存起來了，而當(dāng)我們讓MOS管關(guān)閉之后，在初級繞組里面儲存的能量將會發(fā)生轉(zhuǎn)移，這個時候次級繞組線圈開始接受來自初級繞組的能量，能量移動的過程就這樣完成了。然后能量經(jīng)過整容濾波電路之后，就可以加載到輸出端上.圖2-5原邊反饋原理圖2.3.2PSR電源的CV/CC工作區(qū)間PSR電源的次級側(cè)工作區(qū)間如下圖所示。電源啟動后，在沒有達(dá)到設(shè)定的恒流電路之前，輸出電流隨著輸出電壓的增加而增長（線性區(qū)）；當(dāng)達(dá)到恒流調(diào)節(jié)狀態(tài)（恒流區(qū)）時，通過調(diào)節(jié)輸出電壓補償LED壓降的溫漂變化，使流過LED的電流保持恒定；當(dāng)

22、輸出電壓達(dá)到一定值時，將保持不變（恒壓區(qū)）。在沒有副邊電壓和電流檢測的時候采用原邊控制的方法可以達(dá)到精確的恒壓/恒流控制的目地.圖1是第3章BP9022工作原理及技術(shù)參數(shù)3.1BP9022概述及原理該BP9022控制器在開關(guān)模式電源應(yīng)用廣泛。其高度集成的功能，例如在欠壓鎖定（UVLO）,前沿消隱（LEB）和內(nèi)置電纜補償提供用戶高效率和低成本的解決方案AC/DC電源的應(yīng)用程序。BP9022電源可以快速動態(tài)負(fù)載響應(yīng)。BP9022的待機電流略高，當(dāng)進行LED優(yōu)化了應(yīng)用的時候。此外，BP9022具有豐富開路保護、過壓保護、溫度保護，以消除外部保護電路，并提供可靠的操作。BP9022提供SOP8封裝。典

23、型應(yīng)用電路（下圖所示）管腳號管購需稱描述1C5電流采樣鬧.釆徉電目接在05和GD堆之間2VCC芯片電灌3GND芯片世dROVT開路爲(wèi)護屯壓頭節(jié)昴，按屯殂到地5C無詫接.童頸懸空DRAIN內(nèi)部高三功率管漏槻3.2引腳功能BP9022引腳功能3.3BP9022內(nèi)部工作框圖推薦工作范圍符號需數(shù)參數(shù)范圍單位Pm.t1輸岀功率（輸入電壓230V=15%）<7甲Pon2輸出功率輸入電壓85V-265V）<5WFee系統(tǒng)工柞頻率<120KIIz極限參數(shù)注1）符號參數(shù)參數(shù)范圍單位T匚匸MX引腳最大豈源電流5mADRIN內(nèi)部高壓功率管漏極到源極峰值電壓-0.3-650VCS電流采樣端-0.3-

24、6VROVP開路保護電壓調(diào)節(jié)氓-0.3-6VPdmx功耗（注2）0.45w0JA凸結(jié)到環(huán)境的熱阻145r/ffTj工作結(jié)溫范圍-40to150rTsig儲存溫度范圍-55to150弋ESD（注3）2KV圖3-3BP9022內(nèi)部框圖7T-上迫宣童過流保護過違保護過熱謁節(jié)恒流控制R邏笹控制應(yīng)用信息BP9022A是一款專用于LED照明的恒流驅(qū)動芯片，采用專利的恒流架構(gòu)和控制方法，芯片內(nèi)部集成650V功率開關(guān)，只需要極少的外圍組件就可以達(dá)到優(yōu)異的恒流特性。采用了原邊反饋技術(shù),BP9022A無需光耦及TL431反饋，也無需輔助繞組供電和檢測，系統(tǒng)成本極低。啟動系統(tǒng)上電后，母線電壓通過啟動電阻對VCC電容

25、充電，當(dāng)VCC電壓達(dá)到芯片開啟閾值時，芯片內(nèi)部控制電路開始工作。BP9022A內(nèi)置17V穩(wěn)壓管，用于鉗位VCC電壓。芯片正常工作時，需要的VCC電流極低，所以無需輔助繞組供電。恒流控制，輸出電流設(shè)置芯片逐周期檢測變壓器原邊的峰值電流，CS端連接到內(nèi)部的峰值電流比較器的輸入端，與內(nèi)部400mV閾值電壓進行比較，當(dāng)CS電壓達(dá)到內(nèi)部檢測閾值時，功率管關(guān)斷。變壓器原邊峰值電流的計算公式為:400mA)其中，RCS為電流采樣電阻阻值。CS比較器的輸出還包括一個500ns前沿消隱時間。LED輸出電流計算公式為：電氣畚數(shù)讎亀時（無特別說明慵探下¥»=1&V,L=2BTC）箝號描述

26、*441«aa”值電棗&壓卜110訶Vo：性盤電壓laAITVVc:宜動電壓論上升-1Vgg花下世與VIn、'h啟動電療Vr='f-IVULOOIX-LItrZ柞電疣FTOKHa:0.5.a-Lji:電新牲空鶯妁KD41am*VzEKZET姮尊時電汎擔(dān)俱間直愉Et姮霽ml/_q前蹄隱對同n&'1.1芯片關(guān)斷注逞ns工非鼻覃%熾小工作感軍aXllzp«量丈工仕叛軍：5UKUs毗沖弓'外電醫(yī)ms最大占空出Uu親域工作蛙丈占空T4J%31kjB£功軍曹導(dǎo)週2穴<!=!£</17=0-&A疋a抽

27、瑪功率肓的擊祭電壓別uA659V:佃功豐壟瀉電克聰PF卄hM関k1a-L過1芳LEX過埜鍛苛盤度uTCB4：其生推電怛為睥LF刖叩丫茁鯊喘唯莊E現(xiàn)電節(jié)的：R屮，侵兀冠預(yù)植衛(wèi)由計試琛旺，貝空H曲設(shè)i%亂式車統(tǒng)訃'井鏟保圧其中，NP是變壓器主級繞組的匝數(shù),NS是變壓器次級繞組的匝數(shù)，IP_PK是主級側(cè)的峰值電流。工作頻率系統(tǒng)工作在電感電流斷續(xù)模式，無需環(huán)路補償,最大占空比為42%。推薦芯片最大工作頻率為120KHZ。芯片限制了系統(tǒng)的極限最小工作頻率，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。工作頻率的計算公式為：；=沖led8knZyLpxIled其中，Lp是變壓器主級側(cè)電感。過壓保護電阻設(shè)置開路保護電壓可以通

28、過ROVP引腳電阻來設(shè)置，ROVP引腳電壓為0.5V。當(dāng)LED開路時，輸出電壓逐漸上升，退磁時間變短。因此可以根據(jù)需要設(shè)定的開路保護電壓，來計算退磁時間Tovp。LmxVcsTovp=sNpsxResxVovp其中，Lm是原邊電感量Vcs是CS關(guān)斷閾值(400mV)Nps是變壓器的原副邊匝比Vovp是需要設(shè)定的過壓保護點然后根據(jù)Tovp時間來計算Rovp的電阻值，公式如下：Rovp16*Tovp*106(Icohm)保護功能BP9022A內(nèi)置多種保護功能，包括LED開路/短路保護，CS電阻短路保護，VCC欠壓保護，芯片溫度過熱調(diào)節(jié)等。當(dāng)輸出LED開路時，系統(tǒng)會觸發(fā)過壓保護邏輯并停止開關(guān)工作。當(dāng)

29、LED短路時，系統(tǒng)工作在5KHz低頻，CS關(guān)斷閾值降低到200mV,所以功耗很低。當(dāng)有些異常的情況發(fā)生時，比如CS采樣電阻短路或者變壓器飽和，芯片內(nèi)部的快速探測電路會觸發(fā)保護邏輯，系統(tǒng)馬上停止開關(guān)工作。系統(tǒng)進入保護狀態(tài)后，VCC電壓開始下降；當(dāng)VCC到達(dá)欠壓保護閾值時，系統(tǒng)將重啟。同時系統(tǒng)不斷的檢測負(fù)載狀態(tài)，如果故障解除，系統(tǒng)會重新開始正常工作。過溫調(diào)節(jié)功能BP9022A具有過熱調(diào)節(jié)功能，在驅(qū)動電源過熱時逐漸減小輸出電流，從而控制輸出功率和溫升，使電源溫度保持在設(shè)定值，以提高系統(tǒng)的可靠性。芯片內(nèi)部設(shè)定過熱調(diào)節(jié)溫度點為150°C。PCB設(shè)計在設(shè)計BP9022APCB板時，需要遵循以下指

30、南：旁路電容VCC的旁路電容需要緊靠芯片VCC和GND引腳。ROVP電阻開路保護電壓設(shè)置電阻需要盡量靠近芯片ROVP引腳。地線電流采樣電阻的功率地線盡可能短，且要和芯片的地線及其它小信號的地線分頭接到母線電容的地端。功率環(huán)路的面積減小功率環(huán)路的面積，如變壓器主級、功率管及吸收網(wǎng)絡(luò)的環(huán)路面積，以及變壓器次級、次級二極管、輸出電容的環(huán)路面積，以減小EMI輻射。NC引腳NC引腳必須懸空以保證芯片引腳間距離滿足爬電距離DRAIN引腳增加DRAIN引腳的鋪銅面積以提高芯片散熱。第4章3W的LED燈驅(qū)動設(shè)計計算4.13WBP9022方案LED恒流驅(qū)動電源Dll.LEIXCON1ACN1CONIC£

31、;DRAINVCCDKAINGNDNCRVOPNCLED-BP9022LED恒流驅(qū)動電源原理圖4.2系統(tǒng)設(shè)計方法（公式）設(shè)計中用到的參數(shù)以及表達(dá)方式Vac-min：交流最小輸入電壓；V：ac-max：交流最小輸入電壓；Vdc-max：母線輸入電壓最大值；Cl：主輸入電容的容值；T：開關(guān)管工作周期；f：開關(guān)管工作頻率；FL：交流輸入電壓頻率；Ton：功率三極管開通時間；Tdis：輸出電感放電（去磁）時間;Lp：初級電感量；Ls：次級電感量；Ipk：初級電流峰值；Ipks：次級電流峰值；Np：初級線圈匝數(shù)；Ns：次級線圈匝數(shù)；Nps：初次級線圈匝數(shù)比；Vo：輸出電壓；Io：輸出電流；VD：輸出二極

32、管的正向壓降；Vs：Vo與VD之和；：變壓器轉(zhuǎn)換效率；K芯片內(nèi)部設(shè)定的比例參數(shù)；Res：初級電流采樣電阻；Vcsth：Rcs上電壓的限制值；D：占空比。已知條件：交流輸入電壓：Vac-min=85V，Vac-max=264V輸入交流電壓頻率FL=50KHz系統(tǒng)工作頻率f=60KHz輸出功率：Po=3WLED個數(shù)：3/0.5=6輸出：Vo=3*3.3=9.9V,取10V,（2并3串）工作電流：Io=0.3A“=75%D：通常取0.42設(shè)計過程：本次設(shè)計采用面積相乘法（AP）來對變壓器進行設(shè)計。根據(jù)設(shè)計的要求，選取EE型磁芯。AP法選擇磁芯的公式如下0.433x(1+n)xPx104O（見參考文獻

33、3）AAqxKxDxKxBxfAP=we=Wjms表4-1磁芯規(guī)格CORETYPEEE05MATERIAL卩SODitnenaions(nnOA*B*C5.2d*2.65*1.95Ap(胡)0.0013Ae(nnn32.63Aw(ums)5.00(nH/N3285.00EEC.3卩匚汕6.1*286*7.950.00153.3L1.46105.OCEE8PC408.3+4.)*3.60.0OT17.DO13L0a590.00EE10/11rc40.0.2*5.貓丄胃0.02fl712.1023.70650.00EEL3PCdO30*6.O*0lIE0.05701.7.103351J30.00E

34、EL6PCdQ.6*7.2*4.80.076519.2039.851140.00EEL9PCdQ19L1*7.95*5.00.124323.0054.041250.00EE19/16PCdQ.9.29*3.1*4.750.JL<)122.405115B50.00EE20/20/5PC4Q20.13*10*5.10.157231.0050.701160.00EE22redo22*9.35*5.750.15S0dl.0033.792160.00EE2329Sruo23*117*60.436B35.80122.001250.00EE25/19redo25,4*S.46*6.290.3126dO

35、.0078.202000.00EE25”4PCJD25.1*9.66*6.350.3L7340.307732000.00EE2825rc4028*12.75*10.60.852a90陽103300.00EE30PCJD30*13.15*10.70.7995.09.0073.351690.00在上式中：AAW為磁芯窗口面積，單位為cm2，Ae為磁芯截面積，單位為cm2；Kw為窗口有效使用系數(shù)，Kj為電流密度，一般取J=200600A/cm2；Bm為磁芯工作磁感應(yīng)強度，單位為T,一般為0.20.3T。根據(jù)求得的AP查磁芯規(guī)格表，選擇合適的磁芯。為了使磁芯的窗口有效使用系數(shù)較高，盡可能選擇窗口長寬之

36、比較大的磁芯。而且還能減小漏感。根據(jù)AP=0.029cm4,從上面的磁芯規(guī)格表中查出的磁心規(guī)格為EE10。AP=0.0287cm4，Ae=12.10mm2=0.121cm2。1最低母線輸入電壓Vdc-min2XV2Uacmin2xVxIx(1T)Oo2xFLC*Cbulk4-2)最大輸入母線電壓為：4-3)V=v'2XVdc_maxac_max2確定最大匝數(shù)比系統(tǒng)在任何條件下都工作在不連續(xù)電流模式(DCM),則應(yīng)該滿足:T>T+T宀八ondis(4-4)經(jīng)過公式推導(dǎo)，可以轉(zhuǎn)化為NVps<dc_min耳XKx(-2xVOOD4-5)選擇Nps=3計算初級尖峰電流Ipk和電流采樣電