基于p4105的13w恒流可調(diào)光led燈光燈設(shè)計(jì)

基于p4105的13w恒流可調(diào)光led燈光燈設(shè)計(jì)

高光燈具有高貴、使用壽命長(zhǎng)、安全性能好、可靠性高、綠色環(huán)保、響應(yīng)時(shí)間短、單光束、色彩鮮艷等優(yōu)點(diǎn)。被公認(rèn)為繼電燈、閃光燈和高強(qiáng)度放電燈（hid）之后的第四代光源。這是國(guó)家綠色照明項(xiàng)目中明確規(guī)定的一個(gè)新產(chǎn)品。它在照明領(lǐng)域，尤其是民用照明領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。臺(tái)燈一般用在閱讀、書寫、設(shè)計(jì)、批閱等辦公或?qū)W習(xí)照明使用場(chǎng)所?；跐M足人們桌面照明要達(dá)到150lx的照度、顯色指數(shù)不低于80(即光對(duì)顏色還原的程度的參數(shù))、光線穩(wěn)定無(wú)頻閃、無(wú)眩光的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),并考慮節(jié)能、高效、環(huán)保,本設(shè)計(jì)運(yùn)用VIPer22A、PT4105芯片構(gòu)成的1~3W恒流可調(diào)光LED臺(tái)燈,具有效率高(節(jié)能效率可以達(dá)到90%以上)、成本低(整機(jī)元器件成本降低到不足11元的水平)、光線穩(wěn)定、無(wú)頻閃、無(wú)眩光、顯色指數(shù)高于80、保護(hù)視力等明顯優(yōu)勢(shì),具有非常好的市場(chǎng)前景。一、22單端反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路設(shè)計(jì)基于VIPer22A芯片的220V恒流可調(diào)光LED臺(tái)燈的電路原理框圖如圖1所示。從圖1知,該調(diào)光臺(tái)燈由交流電壓輸入、功率轉(zhuǎn)換、直流電壓輸出、一次脈寬調(diào)制、采樣電壓與基準(zhǔn)電壓比較、誤差放大、可控頻率和占空比振蕩器、可控功率轉(zhuǎn)換器和亮度手動(dòng)控制等九部分電路組成。其中圖1中虛線左邊的電路是光電隔離、單端反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基于VIPer22A芯片的離線式開關(guān)電源,輸入交流電壓為187V~265V,輸出電壓為自適應(yīng)電壓6V~15V。虛線右邊的電路則是基于PT4105芯片的可調(diào)頻率、可調(diào)占空比的恒流350mA(1~3W)LED臺(tái)燈驅(qū)動(dòng)電路。(一)內(nèi)部芯片選擇1.自我控制板e(cuò)接內(nèi)部場(chǎng)效應(yīng)管VIPer22A芯片封裝形式為SOIC-8,是ST公司生產(chǎn)的智能功率開關(guān)集成模塊,其引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖分別如圖2(a)、(b)所示。從圖2(a)知,VIPer22A芯片的第1、2腳SOURCE接內(nèi)部場(chǎng)效應(yīng)管的源極,在使用中通常接地;第3腳FB是取樣電壓輸入端,即為反饋信號(hào)控制端;第5、6、7、8腳DRAIN在芯片內(nèi)部接場(chǎng)效應(yīng)管的漏極。第4腳UDD為芯片的供電電源端。VIPer22A在同一片芯片上整合了一個(gè)專用電流式PWM控制器和一個(gè)高壓功率場(chǎng)效應(yīng)管。控制器的工作頻率為60KHZ,通過(guò)反饋端FR的控制,來(lái)進(jìn)行脈寬調(diào)制,從而達(dá)到穩(wěn)壓的目的。該芯片被廣泛地用于離線式開關(guān)電源。該芯片具有過(guò)熱保護(hù)自動(dòng)關(guān)斷模式;防止輸出端短路導(dǎo)致?lián)舸┕收系拇蜞?HICCUP)保護(hù)模式;保證低負(fù)載條件下的低功耗工作模式;高壓?jiǎn)?dòng)電流源以及待機(jī)的低功耗(小于0.5W)模式等良好性能。2.pt2150及其他c-8腳結(jié)構(gòu)德州儀器(美)電源管理專用芯片PT4105,是單片大功率LED照明驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的固定頻率電壓模式降壓集成電路。其輸入電壓最高可達(dá)18V,內(nèi)置功率MOS管,輸出電流最大可達(dá)1A,可在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)單顆1W(電流350mA)或3W(電流700mA)LED,或者各種大功率LED串/并聯(lián)組合。它封裝形式為SOIC-8,其引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖分別如圖3(a)、(b)所示。從圖3(b)知,PT4105內(nèi)部包含一個(gè)誤差放大器、PWM比較器、邏輯控制電路和功率MOS管;采用固定頻率500KHZ電壓模式來(lái)調(diào)節(jié)LED的電流,其200mV的低反饋電壓可降低功耗和提高效率;采用PWM控制,反饋電壓僅為200mV,具有很高的轉(zhuǎn)換效率,并且內(nèi)含欠壓鎖定、過(guò)熱保護(hù)、電流限制電路以避免在輸出過(guò)載時(shí)對(duì)器件造成損害等功能,應(yīng)用設(shè)計(jì)方便,外圍電路簡(jiǎn)單。從圖3(a)知,PT4105的第1腳CE為調(diào)節(jié)器開關(guān)控制輸入端,高電平開啟調(diào)節(jié)器,低電平關(guān)斷調(diào)節(jié)器,不用此功能時(shí),連接CE到輸入電源端自動(dòng)啟動(dòng),CE腳不能懸空;第2、4、5腳NC為空腳;第3腳VIN為電壓輸入端,必須就近接旁路電容;第6腳LX為功率開關(guān)管輸出,它接內(nèi)部MOS管的漏極,可將功率電感和輸出整流器與該腳相連,以便縮小與此腳相連的印制板布線面積,減少線路之間的電磁干擾;第7腳GND為接地引腳;第8腳FB為反饋信號(hào)輸入端,調(diào)節(jié)FB與GND間電流取樣電阻RF上的電壓為200mV,取RF=20010-3/ILED。(二)1號(hào)高頻設(shè)備設(shè)計(jì)1.初始導(dǎo)磁率的確定變壓器的繞組及其引腳標(biāo)識(shí)、引腳封裝圖和繞制工藝圖分別如圖4(a)、(b)、(c)所示。變壓器各繞組的計(jì)算與電源的工作方式、電源的輸入電壓范圍、工作頻率、脈沖占空比等諸多因素有關(guān),計(jì)算過(guò)程比較復(fù)雜,而且結(jié)果不是唯一的。下面只把某組計(jì)算結(jié)果列出:設(shè)磁芯截面積為S1,窗口截面積為S2。本設(shè)計(jì)取:工作效率為=0.9,磁芯的磁感強(qiáng)度為B=1500GS=0.1T,輸出功率為P0=0.3512=4.2W,導(dǎo)線的電流密度為j=5A/mm2;耦合系數(shù)為K1≈0.2,窗口利用系數(shù)為K0≈0.8,開關(guān)頻率f=60KHZ,直流電壓Vmax=320V,Vmin=210V,則功率容量S1S2為:S1S2=1.05P0×106/2fBjK1K0η=1.05×4.2×106/(2×6×104×0.15×5×0.2×0.8×0.9)≈1.75(cm4)考慮到繞線空間要有一定的裕量,宜選擇窗口面積大一點(diǎn)的鐵芯,查表1得:選用E-17型鐵氧體磁芯,其有效橫截面積S1=289mm2;S2=185mm2;初始導(dǎo)磁率為2300?？捎?jì)算得E-17型鐵氧體磁芯的功率容量為:A1A2=1.89×1.85≈3.5(cm4)>1.75(cm4)功率容量A1A2約為S1S22倍的裕量,完全滿足計(jì)算要求(實(shí)際上選擇以后還需驗(yàn)證調(diào)整)。2.計(jì)算2.23.97取整流二極管的導(dǎo)通壓降為0.7V,繞組內(nèi)阻上的壓降為1V,則:N1=Vimax×108/8fBS1=320×108/(8×6×104×0.15×103×2.89)=153(匝),取160匝。N2=N1(V2m+VF+Vr)K2K3/Vimin=160×(38+0.7+1)×1.1×1.2/210≈41(匝)N3=N1(V3m+VF+Vr)K2K3/Vimin=160×(12+0.7+1)×1.1×1.2/210≈14(匝)N4=N1(V4m+VF+Vr)K2K3/Vimin=160×(20+0.7+1)×1.1×1.2/210≈22(匝)3.次級(jí)線圈電流有效值計(jì)算設(shè)I0為N3線圈中的負(fù)載電流,Iomin為死負(fù)載電流,則次級(jí)線圈電流有效值I2=(I0+Iomin)=0.35(1+5%)≈0.37(A)。可由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得N3線圈的線徑二、22防沖激電路—0V恒流可調(diào)光LED臺(tái)燈的實(shí)現(xiàn)基于VIPer22A芯片的220V恒流可調(diào)光LED臺(tái)燈電路原理圖和印制電路板圖(PCB)分別如圖5(a)、(b)所示。從圖(a)知,熔斷器FU、限流電阻R1、濾波電容C1、濾波電感L1組成高頻干擾抑制電路,既可防止交流電網(wǎng)中的高頻干擾進(jìn)入開關(guān)電源,又可防止開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻干擾進(jìn)入交流電網(wǎng)干擾其他用電器。電源開關(guān)閉合后,220V的交流電源經(jīng)橋式整流濾波后輸出一個(gè)300V左右的直流電壓加在變壓器初級(jí)N1(即線圈1、2兩端),再利用R2、C3和VD1構(gòu)成防沖激電路,使其電壓有一個(gè)釋放回路,以免擊穿VIPer22A內(nèi)部場(chǎng)效應(yīng)管。線圈N2互感產(chǎn)生的交流脈沖電壓既作為芯片VIPER22A的電源Vdd;又作為取樣回路的接收部分的工作電源。線圈N4輸出+20V左右的電壓作為IC2(LM358)的工作電源。當(dāng)PWM控制器輸出高電平時(shí),功率場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)導(dǎo)通變壓器T1的初級(jí)繞組N1開始儲(chǔ)存能量,輸出電壓由接在次級(jí)繞組N3的能量存貯電容C4來(lái)提供。當(dāng)PWM控制器輸出低電平時(shí),場(chǎng)效應(yīng)管截止,變壓器次級(jí)繞組N3開始向負(fù)載釋放能量,同時(shí)向能量存貯電容C4進(jìn)行充電,整個(gè)過(guò)程通過(guò)光電耦合IC3(PC817)的反饋支路進(jìn)行控制。運(yùn)用低成本的雙運(yùn)放IC2(LM358)中的一個(gè)(IC2-2)構(gòu)成的電壓控制環(huán)路,使該電源輸出最高電壓控制在12V的設(shè)定值,能夠夠快速有效地保護(hù)電源工作在可控的范圍以內(nèi),避免輸出電壓過(guò)高失控引起VIPer22A芯片本身?yè)p耗增大而導(dǎo)致的發(fā)熱損壞。運(yùn)用雙運(yùn)放IC2的另一個(gè)(IC2-1)設(shè)計(jì)成電流控制環(huán)路,使LED工作在恒流350mA左右,以滿足LED的工作要求,限制其自身功耗。為了防止產(chǎn)生自激,在兩個(gè)環(huán)路中各自增加了RC補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。啟動(dòng)時(shí)由VIPer22A芯片的高壓源產(chǎn)生激磁電流,使次級(jí)繞組N3建立輸出電壓,同時(shí)變壓器的輔助繞組N2、N4隨著輸出也建立相應(yīng)的電壓,分別給芯片VIPer22A、LM358供電,開始正常用工作。(二)提供電源2從圖5(a)知,變壓器T1的次級(jí)繞組N3輸出12V的恒定電壓、電流恒定為350mA,給IC4(MC17555)和IC5(PT4105)提供電源。IC4及其外圍元件構(gòu)成頻率和占空比可調(diào)的PWM電路,改變電位器RP2的電阻值使IC4輸出方波頻率在100~1000HZ之間變化,占空比則在10%~95%之間變化,該可變頻率和可調(diào)占空比且幅度恒定在12V的電壓控制著IC5(PT4105)的工作狀態(tài),使其輸出驅(qū)動(dòng)LED負(fù)載跟隨著CE端工作狀態(tài)的改變而相應(yīng)改變,在實(shí)際使用時(shí)只要調(diào)節(jié)電位器RP2的電阻值就可以達(dá)到調(diào)節(jié)LED燈亮度的目的。三、i