一种新的无电解电容Led驱动电源设计

李 群,罗民杰,潘 萍

（长沙师范学院，电子与信息工程系，湖南长沙,410100）



一种新的无电解电容Led驱动电源设计

李 群,罗民杰,潘 萍

（长沙师范学院，电子与信息工程系，湖南长沙,410100）

摘要：传统的LED驱动电源由于有电解电容的存在，制约了LED照明技术的应用领域。针对此问题，提出了一种通过变压器和电容之间进行能量转化的电路，从而减少电容容量，实现由贴片电容取代大容量电解电容的方法，实验结果表明该方法的可行性。

关键词：无电解电容;LED;驱动电源

0　引言

LED 照明技术具有节能、环保、寿命长和易控制等优点，是21 世纪最具发展前景的高技术领域之一。基于照明领域的不同应用，各种LED灯的驱动电源也在迅速发展。但是由于LED发热高，温度升高快，导致寿命缩短，而且，现有LED 驱动电源大都采用开关电源技术，电源中一般具有AC/DC转换电路，为了整流和平滑回路一般采用大容量的电解电容，但高质量电解电容额定温度105℃下，使用寿命一般在10kh左右，远低于LED 芯片80～100kh的寿命，所以很难发挥出LED照明的长工作寿命优势，并且电解电容体积较大，限制了驱动电源功率密度进一步提高。积极开发无电解电容的LED照明驱动技术，是延长驱动电源寿命，拓展LED照明的应用领域的关键。

近年来，许多学者在无电解电容的LED照明驱动技术做了许多研究。图1所为常用的单级驱动电源拓扑结构。图中电感Lo和小电容Co的主要作用是滤除输出电流中的高频分量。

本文在此基础上提出了一种无电解电容的LED驱动电源方案，不但去除了电解电容，提高了电源的寿命，而且结构简单，还具有漏电保护、功率校正和调光的功能。

1　LED驱动电源电路设计

电路设计指标为：1）输入电压为150-250 VAC/50Hz；输出电压为13VDC；输出电流0.32A。

整个驱动电源由LC滤波电路、漏电保护电路、桥式整流器、高频滤波电容、双绕组变压器、耦合电容、快恢复二极管、功率MOSFET管、多谐振荡器组成,如上图2所示。

1.1输入电路

输入电路包含LC滤波电路、漏电保护电路、桥式整流装置。

LC滤波电路由电感L1和电容C1构成，用于在1MHz以下的频率范围内减少电磁干扰。C1两端并联安规电容C2、C3，用于漏电保护和静电消除作用。整流装置B1是将输入的交流电转换为直流电。为实现高功率因数，在整流桥之后使用一个小容量电容C4来滤除高频信号。

图1

1.2反激变换电路

快恢复二极管D1、双绕组变压器L2和耦合电容C5构成驱动电源的反激变换电路，输出平滑电压波形，由于双组变压器N1、N2可以通过C5进行能量转化，所以可以显著减少C5电容量，而不影响对L2副边N2输出电压纹波的抑制，并且提供被动的功率因数校正功能（PFC），由于C5电容量的需求减少，其可采用贴片电容形式而无需采用普通的大容量电解电容。从而实现了LED驱动电源无需无电解电容的方法。

1.3调光电路

功率MOSFET管M1可提供高频直流脉冲信号，用于控制驱动LED灯组工作；高频直流脉冲信号由NE555及其外围器件组成的多谐振荡器提供，变脉冲信号的占空比调节LED灯组的亮度；

D2、D3单向导电性将电容器C6充、放电回路分开，加上电位器调节，可实现占空比可调的多谐振荡器。图中Vcc通过Ra、D1向C6充电，充电时间为tPH≈0.7RaC6，电容C6通过D2、Rb 及555中的放电管T放电，放电时间为tPL≈0.7RbC6，振荡频率为f=1/（tPH+tPL），多谐振荡器输出波形波形的占空比可。

2　实验测试

根据设计指标，选取L12.5mH，C1可采用250V/10uF电容，C2与C3容量选用4700pF，桥式整流器由四个普通的肖特基二极管组成C4可采用250V/47uF贴片电容形式；由于电流较小快恢复二极管D1可采用TO-220封装的600V/1A规格二极管；L2可采用EE13/0.76mH变压器，C5选用250V/4.7uF贴片电容；M1选用IRF840 500V/8A型号芯片。通过制作实验板，对150-250 VAC/50Hz的电压范围进行测试，结果如表1所示，输出电压和输出电流的误差范围均控制在5%以内。

表1　实验结果

图2

3　结束语

无电解电容LED驱动电源设计是延长LED驱动电源使用寿命的关键。文中介绍了一种通过变压器和电容之间进 行能量转化，从而减少电容容量，实现由贴片电容取代大容量电解电容的方法，提高了LED电源的使用寿命，有利于LED照明技术的应用发展。

参考文献

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[7] Available:http://www.cde.com/catalogs/AEapp.(2010) [Online] .G UIDE.pdf。

本文通讯作者：潘萍

A new design ofElectrolytic Capacitor-less LED Driver power

Li Qun,Luo Minjie,Pan Ping
(Changsha normal university,Department of electronic and information engineering,Hunan,410100, Changsha)

Abstract：The traditional LED driving power supply has restricted the application field of LED lighting technology because of the existence of electrolytic capacitor.To solve this problem,the paper puts forward a circuit which can reduce the capacitance of the capacitor for energy conversion between the transformer and the capacitor,the method is implemented by a chip capacitor instead of a large capacity electrolytic capacitor,finally,the experimental results show the method is feasible.

Keywords：Electrolytic Capacitor-less;LED;Driver power

基金项目：湖南省大学生研究性学习和创新性实验（201413806607）和湖南省教育厅科学研究优秀青年项目（15B021）