基于p4105的13w恒流可調(diào)光led燈光燈設(shè)計

基于p4105的13w恒流可調(diào)光led燈光燈設(shè)計

高光燈具有高貴、使用壽命長、安全性能好、可靠性高、綠色環(huán)保、響應(yīng)時間短、單光束、色彩鮮艷等優(yōu)點。被公認為繼電燈、閃光燈和高強度放電燈（hid）之后的第四代光源。這是國家綠色照明項目中明確規(guī)定的一個新產(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。臺燈一般用在閱讀、書寫、設(shè)計、批閱等辦公或?qū)W習照明使用場所。基于滿足人們桌面照明要達到150lx的照度、顯色指數(shù)不低于80(即光對顏色還原的程度的參數(shù))、光線穩(wěn)定無頻閃、無眩光的國家標準,并考慮節(jié)能、高效、環(huán)保,本設(shè)計運用VIPer22A、PT4105芯片構(gòu)成的1~3W恒流可調(diào)光LED臺燈,具有效率高(節(jié)能效率可以達到90%以上)、成本低(整機元器件成本降低到不足11元的水平)、光線穩(wěn)定、無頻閃、無眩光、顯色指數(shù)高于80、保護視力等明顯優(yōu)勢,具有非常好的市場前景。一、22單端反激式拓撲結(jié)構(gòu)電路設(shè)計基于VIPer22A芯片的220V恒流可調(diào)光LED臺燈的電路原理框圖如圖1所示。從圖1知,該調(diào)光臺燈由交流電壓輸入、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、單端反激式拓撲結(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臺燈驅(qū)動電路。(一)內(nèi)部芯片選擇1.自我控制板e接內(nèi)部場效應(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,即為反饋信號控制端;第5、6、7、8腳DRAIN在芯片內(nèi)部接場效應(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專用電流式PWM控制器和一個高壓功率場效應(yīng)管?？刂破鞯墓ぷ黝l率為60KHZ,通過反饋端FR的控制,來進行脈寬調(diào)制,從而達到穩(wěn)壓的目的。該芯片被廣泛地用于離線式開關(guān)電源。該芯片具有過熱保護自動關(guān)斷模式;防止輸出端短路導致?lián)舸┕收系拇蜞?HICCUP)保護模式;保證低負載條件下的低功耗工作模式;高壓啟動電流源以及待機的低功耗(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18V,內(nèi)置功率MOS管,輸出電流最大可達1A,可在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)驅(qū)動單顆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、過熱保護、電流限制電路以避免在輸出過載時對器件造成損害等功能,應(yīng)用設(shè)計方便,外圍電路簡單。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,連接CE到輸入電源端自動啟動,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號高頻設(shè)備設(shè)計1.初始導磁率的確定變壓器的繞組及其引腳標識、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),計算過程比較復雜,而且結(jié)果不是唯一的。下面只把某組計算結(jié)果列出:設(shè)磁芯截面積為S1,窗口截面積為S2。本設(shè)計取:工作效率為=0.9,磁芯的磁感強度為B=1500GS=0.1T,輸出功率為P0=0.3512=4.2W,導線的電流密度為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;初始導磁率為2300?？捎嬎愕肊-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,完全滿足計算要求(實際上選擇以后還需驗證調(diào)整)。2.計算2.23.97取整流二極管的導通壓降為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.次級線圈電流有效值計算設(shè)I0為N3線圈中的負載電流,Iomin為死負載電流,則次級線圈電流有效值I2=(I0+Iomin)=0.35(1+5%)≈0.37(A)?？捎山?jīng)驗公式計算得N3線圈的線徑二、22防沖激電路—0V恒流可調(diào)光LED臺燈的實現(xiàn)基于VIPer22A芯片的220V恒流可調(diào)光LED臺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)中的高頻干擾進入開關(guān)電源,又可防止開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻干擾進入交流電網(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300V左右的直流電壓加在變壓器初級N1(即線圈1、2兩端),再利用R2、C3和VD1構(gòu)成防沖激電路,使其電壓有一個釋放回路,以免擊穿VIPer22A內(nèi)部場效應(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PWM控制器輸出高電平時,功率場效應(yīng)管(MOSFET)導通變壓器T1的初級繞組N1開始儲存能量,輸出電壓由接在次級繞組N3的能量存貯電容C4來提供。當PWM控制器輸出低電平時,場效應(yīng)管截止,變壓器次級繞組N3開始向負載釋放能量,同時向能量存貯電容C4進行充電,整個過程通過光電耦合IC3(PC817)的反饋支路進行控制。運用低成本的雙運放IC2(LM358)中的一個(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電源工作在可控的范圍以內(nèi),避免輸出電壓過高失控引起VIPer22A芯片本身損耗增大而導致的發(fā)熱損壞。運用雙運放IC2的另一個(IC2-1)設(shè)計成電流控制環(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,在兩個環(huán)路中各自增加了RC補償網(wǎng)絡(luò)。啟動時由VIPer22A芯片的高壓源產(chǎn)生激磁電流,使次級繞組N3建立輸出電壓,同時變壓器的輔助繞組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LED負載跟隨著CE端工作狀態(tài)的改變而相應(yīng)改變,在實際使用時只要調(diào)節(jié)電位器RP2的電阻值就可以達到調(diào)節(jié)LED燈亮度的目的。三、i