离线式LED驱动电路设计

中心议题：
          *PWM方式的高效LED驱动
          *AX2028优化的系统结构

作为一种新型的节能、环保的绿色光源产品，LED拥有广阔的市场前景。市场现阶段已经出现上千款LED驱动IC。其中我们遇到比较多的是单芯片线路结构(图1a)。

根据IC的数据表可知，这类IC为工作于PWM方式的高效LED驱动控制电路，借助于外部电路，能适应从8V到450V 的宽输入电压范围。通过外部的电阻(或电容)可设定固定频率控制外部功率MOS管，以恒流的方式可靠地驱动LED串。LED的电流可以通过选择恰当的限流电阻来设定。同时提供线性调光功能，支持低频可变占空比的数字脉冲(PWM)调光功能。
 

 

根据应用场合和按照不同的标准，其驱动方案可以分为三种。

按照PWM调节方式，可以分成恒定频率和恒定关断时间两类(图1)。
 

 

在稳定状态下加在电感两端的电压乘以导通时间等于关断时刻电感电压乘以关断时间：Von*Ton=Voff*Toff，即(Vin-Vo)*Ton=Vo*Toff。

从电感的计算公式可以看出这两者之间的差异性，图1a中的电感计算式为L = (Vin–Vo) * Ton /ΔI ，图1b中的电感计算式为L＝Vo*Toff/ΔI。Io=Ip-ΔI /2。如图2所示电流波形示意图，电感确定后，图2a中输入电压Vin变化导致纹波电流ΔI变化，以致输出电流变化；图2b中的纹波电流ΔI与输入电源电压无关。因此在电压波动较大的宽电压应用环境下，使用恒定关断时间电路方式。
 

 

按照是否隔离，可以分成隔离和非隔离两类。

隔离和非隔离驱动方式主要针对市电交流输入而言。当采用图3a的非隔离方式时，建议工作在电流连续模式；当采用图3b的隔离方式时，建议变压器工作在非连续方式(即每个周期结束时，变压器无剩磁)，这样可以保证每次开关周期，变压器原边传送给副边的能量相同(与电源电压无关)。
 

 

图3b隔离方式为 反激式电路结构，当Q1导通时，原边绕组电流增加，副边绕组无电流，负载通过C2续流。当Q1关断时，副边绕组导通，变压器存储的能量通过副边绕组释放为负载。变压器转移功率P＝1/2*Imax*Imax*L*Fosc。采用这种隔离方式时，必须注意副边不在环路控制中，有可能出现大电流从而损害LED。使用时必须增加保护电路限流。   

 

按照电源类别，可以分成交流和直流两类。

当交流市电作输入时，只需要将电源电压整形滤波后接入直流应用电路。

基于AX2028的LED驱动电路设计

LED产品对其驱动电源的要求包括：稳定、可靠、高效、通用。AX2028是一款LED驱动恒流控制芯片，系统应用电压范围为12VDC至600VDC，占空比为0～100%，固定关断时间工作模式。它支持交流85V～265V输入，非隔离和隔离应用方案。AX2028采用独特的技术进行恒流控制和补偿方法，使LED电流在交流85V～265V范围内变化小于±3％。AX2028采用优化的系统结构，使得系统效率高于92％。可广泛应用于E14、E27、PAR30、PAR38、GU10等灯杯和LED日光灯。
 

 

AX2028具有多重LED保护功能，包括LED开路保护、LED短路保护、过温保护。在系统故障出现的时候，电源系统进入保护状态，直到故障解除，系统又重新进入正常工作模式。
 

 

在AX2028_TUBE_18W非隔离应用设计(图4)中，LED光源阵列设计为0.06W白光LED(SMT或草帽灯)24个串联、12串并联的方案，驱动288个小功率WLED，总功率为18W。

电路采用了EMI抑制电路、整流滤波电路、填谷PFC电路、AX2028恒流系统电路来驱动LED工作。
 

 

AX2028_TUBE_12W简化板应用方案的性能指标如下：

宽电压AC 85～265v；输出 12串12并

电流220MA±1MA(输出电流可调)

电压调整率：1%

负载调整率：3%

电源效率＞88%

PFC＞0.92

THD＜45

短路保护

开路保护；空载输出限压＜48V(限压可调)

MOS温升＜20℃

规格指标：

单面PCB布局

190mm*16mm*11mm，适合T8、T10、日光灯管

不易导致器件虚焊，贴片采用竖式排列

无噪声

采用独特电路结构，无闪烁

高性价比
 

 

对于非隔离的灯具，其设计原理可延用上述LED日光灯应用典型方案设计思路经行选择，改变LED光源排列方式，则可以变换成各种不同形式的LED灯具。针对各种LED灯具对驱动电源的不同要求，可以改变电源的输出特性设计来满足各不相同的需求。AX2028可应用于设计隔离与非隔离的球泡灯、PAR灯、筒灯、嵌灯、洗墙灯、台灯、可控硅调光灯等LED光源灯具的驱动电源。

本文小结

AX2028在设计上的重大改进使得性能更趋完善，固定Toff工作模式、高占空比、高达92%的效率、高恒流精度等特性，使其更适用于LED照明灯具的驱动电源应用。