大功率LED光源驱动电路的设计＊

吴舒萍

（福建水利电力职业技术学院 电力工程系，福建 永安 366000）

0 引言

大功率LED光源是第4代电光源，与传统的照明灯具相比，其发光效率更高、能耗更低、寿命更长、安全性能更好，而且绿色、环保，不会对环境造成任何污染［1］。驱动电源电路是大功率LED光源设计的关键技术，目前大功率LED驱动电源依旧处于发展和完善阶段。直流驱动是被广泛商用化的驱动方式之一，可以分为恒流驱动、恒压驱动、限流驱动以及脉冲驱动4种方式。而恒流驱动又是直流驱动中比较受欢迎的一种驱动方式，其驱动电源输出的流过LED的电流保持恒定［2］。恒流驱动电路成本比其他驱动方式要低，应用场合也广，更利于大功率LED光源的推广。本文将利用SD6900为主控芯片，选择合适的元件参数，设计制作一款输出恒流性能好、功率稳定，具有功率因素补偿、电源过压／欠压保护、输出短路／开路保护／过温保护、电磁辐射污染小等特点的AC—DC非隔离型大功率LED灯的电源驱动电路。

1 大功率LED驱动电源电路框图

图1为一款AC—DC恒流非隔离型大功率LED驱动电路框图，采用士兰微SD6900为主控芯片，用于驱动7.5W的LED灯（5个1.5W大功率LED串联）。输入电压为220V交流电，输出电流为直流450mA。

图1 大功率LED驱动电源电路框图Fig.1 Block diagram of high－power LED drive circuit

2 电源主控电路的设计

2.1 主控芯片的选择

目前，国内外生产的LED驱动电源芯片种类繁多，性能各异［3］。本文选用士兰微的SD6900作为电源的主控芯片，该芯片的主要特点是：

（1）非隔离电路结构，支持全电压输入。

（2）有源功率因素校正功能。

（3）较高的电源转换效率。

（4）超低的IC启动电流，系统启动快速。

（5）芯片内有Vcc过压／欠压保护、输出短路／开路保护和内置过温保护等多种保护功能［4］。

SD6900芯片符号见图2，引脚功能见表1。

图2 SD6900符号Fig.2 Symbol of SD6900

表1 SD6900引脚功能Table 1 Pin of SD6900

2.2 主控电路

电源主控电路如图3所示。电路包括降压部分、电子开关部分、稳压部分、LC滤波部分以及主控芯片部分。Q1为MOS管（场效应管），起电子开关的作用，MOS管工作时产生的噪声比较低，有益于降噪；Z1为稳压二极管，其作用是稳定输入电压，避免高压损坏芯片；C3为VCC电容，其作用是储能和滤波；R8为电阻，主要作用是减小高压二极管D1正向峰值电流，同时可以防止开关噪声引起Vcc过高。电感L1和电容C4组成LC滤波部分，其作用是抑制干扰，使输出LED直流更加稳定；D1和D2为高压二极管，其作用是防止电流逆流对原件造成损害。

（1）Vcc，IC芯片供电脚。外接电阻R1，R2为启动前给C3充电电阻，取值越小，启动时间越短，但取值过小会影响系统效率，一般取200～500kΩ。C3起到滤波和储能作用，一般取10μF～22ΜF。

（2）GND，芯片接地脚。外接MOS管的源极。绘制PCB图时设计线路走线应尽可能地走“捷径”，因为所设计的线路过长可能会影响系统的稳定性。

（3）DR，IC驱动输出脚。外接电阻R3，R4和MOSFET门极，R3取值小于100Ω即可［9］。主要用来控制MOS管的接通与切断外围应用电路，起电子开关作用

（4）ZCD，“过零检测输入”。外接电阻R5和R6分压电阻。其主要实现了2个功能，一是用于控制输出空载（LED开路）时驱动电源的输出电压；二是LED短路保护，如果LED发生短路，系统就会自动关闭，起保护作用。

（5）COMP，内部跨导放大器输出端。外接电容器C2作补偿。绘制PCB电路器件放置布局时应把补偿电路器件放置于靠近芯片的COMP脚，这样可以避免系统发生不稳定等现象，进而提高驱动电源的稳定性。

（6）CS，电感电流采样输入脚。外接电阻Rs和LC滤波部分，主要用于控制驱动电源的输出电流。输出电流公式［4］为

若驱动电源输出电流为450mA，根据式（1）可求得外接电阻

图3 电源主控电路Fig.3 Main control circuit of power supply

3 电源其他功能模块

3.1 电源输入管理模块

电源输入管理模块如图4所示，电源输入管理模块由熔断器F1、负温热敏电阻NTC1（SCK103）以及电容Cx1（1K275V－X2）组成。当流过熔断器的电流大于1A时，熔断丝自动断开，可以有效防止电路发生短路给驱动电源带来的损害。电容Cx1则可以抵抗高频干扰，避免高频干扰对元器件造成损害。这个电源输入管理模块可以实现过温保护、短路保护和抗高频干扰，为电路提供一个较为稳定、安全的输入。

3.2 滤波模块

如图5所示，滤波模块由L2（UU 10.2～20 mH）组成，主要起EMI滤波作用。EMI滤波器对电磁兼容及抑制电磁干扰起着重要的作用［5］，可以有效抑制电磁波对外的辐射，大大降低了驱动电源对外造成的电磁辐射污染。电磁辐射会对其他电器设备和人体造成干扰或不良影响，因此抑制电磁辐射可以提高驱动电源的“和谐性”，减缓生活中的电磁辐射污染。

图4 电源模块Fig.4 Block of power supply

3.3 整流模块

整流模块如图6所示，整流模块由4个快恢复整流二极管（ES1J）组成。整流模块就是充分利用这4个快恢复整流二极管的单向导电的特性，将输入的交流电转换成直流电。快恢复整流二极管充分利用了肖特基二极管多数载流子导电的特性，因而具备正、反向恢复时间都短的优势，可以实现高频高效整流［6］。

3.4 LED灯珠模块

LED灯珠模块如图7所示，LED灯珠模块采用5个1.5W的LED串联。LED灯珠模块的电路板应与驱动电源电路板分离，避免LED灯珠发热影响驱动电源的正常工作和转化效率。同时在LED灯珠电路板背部黏上金属块，可以有效导出LED灯珠运作时产生的热量，让LED灯珠在运作过程中更加稳定。

图5 滤波模块Fig.5 Block of filter

图6 整流模块Fig.6 Rectifier

图7 LED灯珠模块Fig.7 Block of LED lighting

4 整体电路与测试

综合各单元的电路可以得出，利用SD6900为主控芯片的大功率LED驱动电源整体电路如图8所示。

该驱动电源电路板检测结果表明：① 接通电源后，5个1.5WLED灯珠点亮迅速，并且通电过程中电路板工作安静，基本没有噪声；② 接通电源后，将驱动电源放置于音响、电视机和老式的显示器旁边，不影响其他电器的正常工作，电磁污染可以忽略；③ 输出电流和功率都非常稳定。测量数据结果如表2所示。

表2 驱动电源输出电压／电流测量Table 2 Output voltage／current of driving circuit

图8 驱动电源整体电路图Fig.8 Whole circuit of driving power supply

5 总结

综上所述，本文设计了基于SD6900的非隔离型大功率LED驱动电路。该电路包括SD6900主控电路、电源输入管理模块、全桥整流、EMI滤波、LED灯珠贴片等模块，具有功率因素补偿、电源过压／欠压保护、输出短路／开路保护、过温保护、电磁辐射污染小等特点。经过测试，驱动电源启动响应速度快，无明显的噪声并且不会对音响、电视或显示器等造成干扰，输出恒流性能好，功率稳定。

［1］ 邵振波.LED普通照明灯具设计趋势研究［D］.上海：上海交通大学，2007：12－15.

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［4］ Silan Power Group.SD6900系统设计参考［EB／OL］.［2014－09－20］.http：／／txt.wenku.baidu.com／view／8781d83b482fb4daa5.8d4bf6.html，2013.

［5］ 武小军，秦开宇，唐博.EMI滤波器设计［J］.电子测试，2011（7）：75－76.

［6］ 夏吉夫，夏禹清，关艳霞，等.高频电镀用快恢复整流二极管的开发研制［C］／／中国电工技术学会电力电子学会第十二届学术年会论文集.北京：中国电工技术学会，2011.

［7］ 李小刚，苏弘，马晓莉，等.高速大功率LED光源驱动电路设计［J］.核电子学与探测，2008，28（3）：96－98.

［8］ 张玄.LED光源驱动电路研究［D］.武汉：华中科技大学，2008.