1.变压器T1
LED驱动电路输出功率PO=8W,效率75%,反激变换器最低输入峰值电压Vin(PK)=126V,峰值开关电流IPK为:
T1初级电感值LP为:
T1选用EF16磁芯,Ae=0.2cm²,最大磁通密度Bmax=0.3T,T1初级T1A匝数Np为:
变换器最高输入电压是374V。U1中MOSFET的额定电压是700V,降额系数选取0.8,MOSFET最大允许电压是700V×0.8=560V,剩余电压为560V-374V=186V,再扣除10V的尖峰电压初级绕组上的最大电压是186V-10V=176V。输出电压被限制在22V,加上一个50%的冗余,输出最大电压为22V×(1+50%)=33V。次级绕组TIB匝数Ns为:
NCP1014的最小偏置电压Vb=8.1V,LED最小电压设计在12.5V,偏置绕组T1C匝数Nb为:
变压器选用3C90材料的是EF16磁,变压器采用8引脚垂直安装骨架,引脚排列的底视图和侧视图如图所示。变压器初级电感量为1.8mH(或5%),开关频率是100kHz,次级输出交流电压24V。
图4-11 变压器引脚排列的底视图和侧视图
2.EMI滤波器元件选择
开关稳压器从输入源消耗脉冲电流。有关谐波含量的要求限制了电源输入电流的高频分量通常滤波器由电容和电感组成,可以削弱不良信号。输入电路上连接的电容以与输入电压呈90°的异相电流导通,这种转移电流通过位移输入电压与电流之间的相位降低了功率因数,故需要在滤波需求与维持高功率因数之间取得平衡。
根据电磁干扰的属性及滤波器元件的复杂特性,电容C1和C2起始选择了100nF电容。选择的差分电感,用于提供L-C滤波器频率,约为开关频率的1/10所使用的电感值为
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实际设计中选择的是2.7mH的电感,这是一个标准电感值基于这个起点,根据经验来调节滤波器以符合传导干扰限制。电容C2到了220nF,从而提供干扰限制余量。电阻R,限制浪涌电流,并在出现故障时提供易熔元件。根据应用环境的不同,可能需要熔丝来满足安全要求。注意,在初级总电容较小的情况下浪涌电流较小。
3.变压器初级钳位元件选择
二极管D5、电容C3和电阻R2组成钳位网络,控制由反激变压器泄漏电感造成的电压尖峰。D5应当是一个快速恢复器件,额定用于应对峰值输入电压及反射到变压器初级上的输出电压。电压为600V额定电流为1A的MURA160快速恢复二极管是D5的适宜选择。电容C3必须吸收泄漏的能量,同时电压只有极小的增加,1.5nF的电容足以用于这类低功率应用。电阻R3必须耗散泄漏的能量,但并非会降低能效。该电阻根据经验选择47K,需要注意的是,该电阻和电容C3的额定电压是125.5V。
4.偏置电源元件选择
二极管D6对偏置绕组提供电源整流。200mA电流时,额定电压为100V的MMBD914二极管是D6的适宜选择。初级偏置由电容C4、电阻R3和电容来滤波选择的C5为2.2μF,C4为0.1μF,R3为1.5kΩ。
5.输出整流滤波元件选择
输出整流器必须承受远高于630mA平均输出电流的峰值电流。最大输出电压为22V,整流器峰值电压为93.2V。所选择的输出整流器是3A、200V、35ns的MURS320,提供低正向压降及快开关时间。2000μF的电容将输出纹波电流限制在25%或峰-峰值为144mA。
6.电流传感电阻选择
通过监测与输出串联的传感电阻Rsense的压降,维持恒定的电流输出。电阻R11连接传感电阻至通用PNP晶体管Q1的be结。当传感电阻上的压降约为0.6V时,流过R11的电流偏置Q1使其导通。Q1决定了流过光耦合器U2的LED的电流,并受电阻R4限制。光耦合器U2的晶体管为NCP1014提供反馈电流,控制着输出电流。设定输出电流IOUT=630mA,则要求传感电阻Rsense=0.85Ω。传感电阻由4只并联的电阻R6、R7、R8和R9组成,选择R6和R7的阻值为1.8Ω,选择R8的阻值为10Ω,而让R9开路,从而产生约0.83Ω的总传感电阻.
7.功率因数控制
在本电路中维持高功率因数有赖于缓慢的反馈响应时间,仅支持给定输入电源半周期内反馈电平略有改变对于这种电流模式的控制器件而言最大峰值电流在半周期内几乎保持恒定,与传统反馈系统相比,改善了功率因数。电容C,提供慢速的环路响应,抑制NCP1014的内部18k岛上拉电阻及来自反馈光耦合器晶体管的电流。从经验来看、电容C,确定在22~47μF的范围内。
8.开路保护
齐纳二极管提供开路负载保护。开路电压由二极管D8电压、电阻R4压降及光耦合器LED电压之和确定。所选择的齐纳二极管D8的额定电压为18V。
9.泄漏电阻器及滤波器
电阻R10及电容C10提供小型的放电通道,并过滤输出噪声。
10.调光电路元件选择
电流通过Q2使输出电流减小。将最小的LED电流设置在50mA,在Rsense上的电压降为50mA×0.83Ω≈42mV。Q1的发射极与基极电压是600mV,扣除42mV后得558mV,通过R11的电流为558mv/100Ω=5.58mA。由于D9的稳压电压是5.1V,Q2的发射极电压约为5.1V-0.6V=4.5V,R14的阻值为4.5/5.58mA=806Ω,选择R14的阻值为820Ω。设定在Q2基极上的控制电压是0.5V,R15电阻值是1kΩ。
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