恒流式LED驱动电源实例详细解析

由TinySwitch-Ⅲ系列产品TNY279构成14W高效率LED驱动电源的电路如图12-1所示。该电源的交流输入电压范围是195～265V，输出电压为+20V，输出恒定电流为0.7A。电源效率可达86%，在265V交流输入时的空载功耗小于250mW，完全符合能源之星2.0国际节能标准的要求。

195～265V交流电经过整流滤波电路后获得直流高压，接至一次绕组的一端，一次绕组的另一端接TNY279内部功率MOSFET的漏极。FU为3.15A熔丝管。由C₁、C₂与L构成EMI滤波器，R₁为泄放电阻。一次侧钳位电路由P6KE200A型瞬态电压抑制器VD_Z1（TVS）、快恢复二极管VD₁（BYG21M，1.5A/800V）、C₃及R₂组成。输出整流管VD₂、VD₃做并联使用，二者均采用30BQ100型肖特基二极管，其额定整流电流I_d=3A，最高反向工作电压U_RM=100V。

为使电源在空载情况下能正常工作而不受损坏，利用稳压管VD_Z2进行恒压调节，使输出电压不超过21V。恒流调节电路由电流检测电阻R₇（0.10Ω）、可调式精密并联稳压器LM431、精密运算放大器LM321、NPN型开关管VT（MMBT2222）等构成，通过检测R₇上电流形成的压降来实现恒流特性。现将LM431的基准端U_REF与阴极K互相短接，从阴极可输出固定的2.5V基准电压，再经过R₅、R₆和R₈分压后，获得0.07V的参考电压，加至运算放大器的反相输入端。当通过R₇的电流I_O达到所设定的0.7A时，R₇上的压降U_R7=0.07V。当I_O＞0.7A时进入恒流区。此时U_R7超过0.07V，使精密运算放大器LM321的输出电压升高，VD₄因被正向偏置而导通，通过VD₄驱动VT的基极，再通过集电极将电流从TNY279的EN/UV端拉出来。只要从EN/UV端拉出的电流超过115μA，就以逐周期的方式禁止TNY279中的MOSFET工作。电流反馈环路通过调节使能周期与禁止周期的比例关系，即可实现恒流控制。R₄和C₇为电流反馈环路的补偿元件。使用精密运算放大器构成限流电路的优点是，可采用0.10Ω的电流检测电阻，实现对电流取样电压的最小化，从而降低了电流检测电阻的损耗并提高电源效率。

该LED驱动电源的恒压/恒流特性曲线如图12-2所示。由图可见，当U_O＜20V时开始进入恒流区，将I_O稳定在0.73～0.74A之间，达到了精密恒流源的指标。该电源在LED灯串的电压为6～20V时均能正常工作。但因输出电流恒定不变，故灯串的电压越低，输出功率就越小。

图12-1 由TN Y279构成14W高效率LED驱动电源的电路

图12-2 恒压/恒流特性曲线(www.xing528.com)

设计要点：

（1）高频变压器采用EF16型铁氧体磁心，一次绕组用ϕ0.23mm漆包线分两层总共绕61×2匝；将二次绕组夹在这两层中间，用ϕ0.35mm漆包线绕20匝。一次绕组的电感量L_P=1.08mH（允许有±10%的误差），最大漏感量L_P0=30μH。一次绕组的最低谐振频率为1MHz。

（2）VD₁选用快恢复二极管BYG21M，而不使用超快恢复二极管，是因为BYG21M的反向恢复时间较长（120ns），在此时间内通过恢复部分漏感的能量可提高电源效率。

（3）LM431的阳极-阴极之间电流的最小值I_AK（min）=1mA，最大值I_AK（max）=100mA，阳极-阴极之间的电压允许范围是U_AK=2.5～36V。选择电阻R₉的原则是确保在最低输出电压为6V时，能给LM431提供1mA的供电电流。实际取R₉=3.5kΩ，不难算出当U_O=6V时，I_AK=（U_O-U_REF）/R₉=（6V-2.5V）/3.5kΩ=1mA，可满足设计要求。

（4）TinySwitch-Ⅲ系列产品的极限电流可通过旁路电容来设定。当C₄=1μF时，这对应于TNY279的标准极限电流I_LIMIT（550mA），也对应于TNY278的I_LIMIT+，还对应于TNY280的I_LIMIT-。若选择TNY279，就能降低通过TinySwitch-Ⅲ的有效值电流并提高电源效率，但最大输出功率会降低，这适用于对环境温度要求高、散热性差的应用场合。若选择TNY280，可增加开关电源的输出功率。因此，只需改变TinySwitch-Ⅲ芯片的型号，即可设计出具有不同特性的开关电源。

（5）应将功率地线与信号地线分开布置，最后在输出端汇合（参见图12-1）。这是因为功率地线上有大电流通过，它在印制导线上形成的压降如被引入信号端，即会经TNY279反映到输出端，影响稳压性能。