根据TinySwitch-Ⅲ的LED驱动电源的规划

跟着开关电源技能的不断发展和完善，小型轻量、高功率和低本钱的开关电源得到了广泛的运用，以往开关电源的规划一般选用操控电路与功率管相别离的拓扑结构，但这种计划存在本钱高、体系牢靠性低一级问题。美国功率集成公司(Power Integration Inc)开发的TinySwitch-Ⅲ系列新式智能高频开关电源集成芯片很好地处理了这些问题。

LED作为一种新式绿色光源，因为其具有耗电量低、寿数长、反响速度快、高效节能等长处，已被越来越广泛的运用。LED照明将成为继白炽灯、荧光灯、金属卤化物灯后的第四代新式照明技能。LED是一种新式的半导体器材，需求安稳的直流电源。但传统的驱动电源问题，形成LED照明光源寿数短的缺陷，因而规划一种安稳牢靠、转化功率高、寿数长的LED驱动电源关于LED照明至关重要。本文规划了根据TinySwitch-Ⅲ系列芯片的一种反激式低本钱高功率驱动电源电路，介绍了规划原理和办法。该驱动电源能够输出安稳的电压和安稳的电流，有效地延伸LED照明光源的寿数。

1 规划原理及芯片挑选

1．1 基本原理

反激式阻隔改换器最主要的特点是结构简略、本钱低，因而在中小功率开关电源中是最为常用的改换器之一。其典型拓扑结构如图1所示。图1中，+U_in为整流后的输入电压；T为脉冲变压器，规划中还应有回路操控的偏置绕组；D₁为输出回路的快康复肖特基整流二极管；R₁和C₁为其阻容吸收电路；输出电路还包含由电感L₀和两个电容C₀组成的一个π型低通滤波电路；变压器初级有R_r、C_r和D_r组成的RCD漏感尖峰吸收电路；Q为操控脉冲变压器一次绕组导通和截止的反激式改换器所需的开关功率MOS管；N_p为初级绕组匝数，N_s为次级绕组匝数；规划中变压器一次侧与二次侧的地信号选用安规电容阻隔；“·”表明同名端。

图1 反激式改换器拓扑结构

在反激式改换器中，Q导通时以阻隔改换器的磁芯贮存能量，Q断开后将贮存在T中能量开释至后级，经过整流二极管、滤波电路处理后，给负载RL供给所需求的优质电压和功率。

1．2 TNY275PN芯片介绍

TinySwitch-ⅢI器材以限流模：式作业。敞开时，振荡器在每个周期开始时注册功率MOSFET。电流上升到限流值或到达DC MAX的极限时关断MOS-FET。因为TinySwitch-Ⅲ规划的最高限流值与频率是定值，它供给给负载的功率与变压器初级电感及峰值初级电流的平方成正比。因而，电源的规划包含核算完成最大输出功率所需的变压器初级电感。假如根据功率挑选了正确的TinySwitch-Ⅲ，那么流过电感内的电流会在到达DC MAX极限前上升到限流值。

本规划选用TNY275PN电源芯片作为LED驱动电源的操控芯片。TNY275PN电源芯片在一个器材上集成了一个700 V高压MOSFET开关和一个电源操控器，与传统的PWM操控器不同，它运用简略的开/关操控办法来安稳输出电压。操控器包含一个振荡器、使能电路、限流状况调理器、5．8 V稳压器、旁路/多功用引脚(BP/M)欠压及过压电路、限流挑选电路、过热维护、电流限流维护、前沿消隐电路。该芯片具有主动重启、主动调整开关周期导通时刻及频率颤动等功用。2 体系规划与完成

2．1 规划要求

AC输入电压规模U=195 V～265 V(一般在亚洲、欧洲和世界上大多数区域运用)；

输出电压U。=20 V；输出电流I。=0．7 A；

输出功率P。=14 W；电路功率η≥80%。

2．2 电路完成

因为反激改换器电路简略且能高效供给直流输出，在中小功率、小体积的电源电路中特别常用，因而主电路选用RCD箝位电路的反激改换器拓扑结构，确认作业频率f=132 kHz。根据TinySwitch-Ⅲ的LED驱动电源电路图如图2。

图2根据TinySwitch-Ⅲ的LED驱动电源电路3 TinySwitch-Ⅲ外围电路规划

为了愈加透彻地剖析此规划的结构与原理，把电路作业原理图分为以下五个部分加以剖析：输入整流滤波电路、箝位维护电路、高频变压器、输出整流滤波电路和反应电路。

3．1 输入整流滤波电路规划

输入整流滤波电路包含整流部分、沟通滤波和直流滤波电路。为了按捺电网中的浪涌电流，输入端口串联了1 A保险管F维护电路和负温度系数热敏电阻RT₁(NTC)。沟通滤波选用π型滤波电路，电容C₁、C₂和共模扼流圈L₁。一起作用滤除杂波去除电网中的搅扰，共模扼流圈(电感)是由两股同等而且按同方向绕制在一个磁芯上的线圈组成。当负载电流流过共模扼流圈时，串联在火线上的线圈所发生的磁力线和串联在零线上线圈所发生的磁力线方向相反，它们在磁芯中彼此抵消。因而即便在大负载电流的情况下，磁芯也不会饱满。而关于共模搅扰电流，两个线圈发生的磁场是同方向的，会呈现较大电感，然后起到衰减共模搅扰信号的作用。

3．2 RCD箝位维护电路规划

反激式改换器因为变压器漏感的存在及其它散布参数的影响，在开关管关断瞬间会发生很大的尖峰电压，这个尖峰电压严重威胁着开关管的正常作业，有必要采纳办法对其进行按捺。本规划选用结构简略、本钱低价的RCD箝位电路。根据

选取箝位电容。

3．3 高频变压器规划

因为变压器在电路中兼有储能、限流和阻隔作用，还要流过直流成分，因而是整个规划中的难点和要害。为了合理挑选变压器的磁芯，确认初级、次级线圈的线径、匝数及气隙等参数，有必要对磁场强度、传输功率、传输功率、初级和次级峰值电流等多项参数进行剖析核算。核算办法多种多样，但核算结果相差不大。本规划选用了PIXls Designer 8软件，核算适当简略，仅需输入相关规划参数，软件就会输出所需的变压器规划参数：初级线圈电感量L_p=2917 μH；初级匝数：N_p=90.7(实践规划中取91)；初级绕组电流密度：4A/mm²；次级主绕组圈数N_SM=14；磁芯挑选：EE22，相关参数：骨架绕组宽度B_w=8.45 mm，磁芯截面积A_E=42 mm²，带气隙磁芯等效电感量ALG=312 nH/T²，最大磁通密度B_M=274 mT，磁芯损耗中的沟通磁通密度B_AC=80 mT；气隙长度L_G=0．147 mm；初级漏感L_{_LKG}=87.5 μH；次级走线电感L_SEC=20 nH。

软件给出的参数都是经过必定优化得到的，故实践规划中优先选用这些引荐参数，实践证明这样做是合理且高效的。3．4 输出整流滤波电路规划

输出整流滤波电路由整流二极管和滤波电容构成。整流二极管D₇选用肖特基二极管可下降损耗并消除输出电压的纹波，根据公式U_D7=U。+[U_inMAX·(N_s/N_p)]规划D₇并选用额外电压为100 V的SBll00，与D₇并联的RC缓冲吸收电路能够削减尖峰电压的起伏和削减电压波形的改变率，还下降了射频辐射的频谱成分，有益于下降射频辐射的能量；电容器C₈一般应挑选低ESR(等效串联阻抗)的%&&&&&%。为进步输出电压的滤波作用，滤除开关器材所发生的噪声，在整流滤波环节的后边再加一级LC滤波环节。

3．5 反应电路规划

反应电路的办法由输出电压的精度决议，本电源选用“光耦+稳压管”办法反应电路，光耦选LTV817A，VR₂是额外电压为18 V容差为2%的稳压管。电源输出端电压由VR₂、LTV817A和R₄两头的电压决议。当输出电压改变时，电流流向光耦LED，然后下拉光耦中晶体管的电流。当电流超越TNY275PN使能引脚的阈值电流时，将按捺下一个周期，当下降的电压小于反应阈值时，会使能一个开关周期，经过调理使能周期的数量，对输出电压进行调理。

当反应电路呈现毛病时，即在开环毛病时，偏置电压超越R7与旁路/多功用(BP/M)引脚电压之和时，电流流向BP/M引脚。当此电流超越I_SD(关断电流)时TNY275PN的内部锁存关断电路将被激活，然后维护负载LED照明灯具。因为本规划运用了偏置绕组(可完成输出过压维护)将电流送人BP/M引脚，按捺了内部高电压电流源，这样的衔接办法将265 VAC输入时的空载功耗下降到40 mw，有效地下降了功耗。

4 结语

本文规划了一种根据TinySwitch-Ⅲ的LED驱动电源电路，剖析了其作业原理和规划办法。归纳考虑了几个要害环节并论述了各外围电路的功用特性，给出了合理规划相关电路参数的根据，特别是使用PIXls Designer8软件规划变压器参数，大大缩短了LED驱动电源的开发周期。经验证，该电源具有改换功率高(82%)、安稳性好、牢靠性高级长处，能够为同类LED驱动电源规划供给必定的参阅和学习。