摘要：本文介紹了大功率LED（發(fā)光二極管Light-EmittingDiode）照明系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景，設計了一款帶功率因數(shù)校正的LED驅(qū)動電源，此照明電源采用半橋諧振轉(zhuǎn)換器TEA1713為核心控制器，集成各功能子電路，輸入交流電壓范圍為90~265V，可以驅(qū)動負載電壓為33V、負載電流為1.8~2.4A的大功率LED照明燈。并通過電磁干擾的三要素：干擾源、傳輸途徑和敏感設備對此電源的EMC(ElectromagneticCompatibility電磁兼容性)測試情況進行了研究，就設計中應該注意的事項和要領作了簡要分析。

1.引言

LED（發(fā)光二極管Light-EmittingDiode）技術日趨成熟，其在燈具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也已成為主要趨勢，為節(jié)能燈具的進步帶來了廣闊的應用前景。LED照明具有節(jié)能、高效、環(huán)保、壽命長等優(yōu)點，尤其以大功率LED燈具為代表的照明產(chǎn)品在照明市場的發(fā)展前景十分可觀。但是其固有的弱點也不容忽視：高溫環(huán)境會導致其電解電容壽命縮短，進而影響輸出帶負載的能力，容易降低LED燈具的使用率。為克服這些缺點，本設計采用TEA1713(半橋諧振轉(zhuǎn)換器)電源驅(qū)動芯片為核心控制器，而且對于大功率應用，一般要降低電源諧波，所以加以相應的外圍電路，組成了無電解電容的高功率LED驅(qū)動電源[1]。

2.總體結構設計

根據(jù)設計需求，LED燈具的驅(qū)動電源總體結構如圖1所示：

圖1LED驅(qū)動電源總體框圖

2.1主電路結構介紹

TEA1713（半橋諧振轉(zhuǎn)換器）集成了PFC控制器（PowerFactorCorrectionController功率因數(shù)校正控制器）和諧振控制器，在電路設計時避免了電解電容的使用，具有功率因數(shù)校正和連續(xù)電流控制等功能?？梢栽O計出具有低成本優(yōu)勢、壽命長的LED驅(qū)動電源，其功率因數(shù)可達0.9，具有電源效率高調(diào)光范圍寬等優(yōu)點，還可使上電過程快速平滑，實現(xiàn)無閃爍工作。

工作原理為：開關管被高頻脈沖寬度調(diào)制信號控制，在驅(qū)動電源工作時，功率開關管處于導通或關斷狀態(tài)，其上有一個由半導體器件開關損耗所產(chǎn)生的很小的功率。在工作過程中，輸入直流電壓通過斬波形成幅值相等的脈沖電壓，脈沖電壓占空比由控制器進行調(diào)節(jié)，交流方波的幅值則通過變壓器來調(diào)節(jié)；另外，通過增加變壓器的二次繞組數(shù)來實現(xiàn)輸出的電壓組數(shù)，最后再經(jīng)過整流濾波，即實現(xiàn)了交流電變?yōu)橹绷麟奫2]。

驅(qū)動控制器的原理等同于一個誤差放大器，其作用是保持輸出穩(wěn)定，在功率開關管之前加入一個電壓脈沖轉(zhuǎn)換單元，開關變壓器次級來感應高頻電壓，經(jīng)整流濾波后輸送給負載，控制電路接受反饋環(huán)路的輸出來控制PWM的占空比，最后實現(xiàn)穩(wěn)定輸出。

2.2TEA1713介紹

TEA1713半橋諧振轉(zhuǎn)換器將功率因數(shù)校正(PFC)、容性模式保護和自適應式死區(qū)時間控制等多種功能集成于一體，兩種控制器集成后配合更方便，最大程度減少了外部器件數(shù)量（無需連接控制器接口），為用戶解決降低電源諧波問題提供了有效的解決方案。

TEA1713具有自啟動功能和多種保護功能：如輸入過壓保護可確保電源對輸入電壓故障和浪涌的耐受能力；輸出過壓保護可避免電源在負載突然斷開時可能對其造成的損壞；遲滯熱關斷功能顯著，可確保PCB板的平均溫度在所有條件下都處于一定的安全范圍[3]。

本設計所采用的拓撲結構具有初級檢測和調(diào)節(jié)輸出電流的功能，能夠確保該驅(qū)動電源的高功率因數(shù)和低諧波電流。其中，因為芯片內(nèi)部已集成了電流檢測電路，所以初級側(cè)不再設計外圍檢測電路，從而降低了元件和功率損耗。其模式為隔離反激并且連續(xù)導通，此模式避免了在設計中配備次級光耦反饋元件以及次級電流檢測傳感器，有利的簡化了電路設計。

3.電路設計

3.1反激式變換器電路

反激式變換器電路的功率范圍能夠較好的滿足設計要求，具有成本低、電路簡單、可靠性高等優(yōu)點，其以TEA1713為核心，工作原理為：當功率開關管導通時，電能首先儲存在高頻變壓器的初級繞組上，在開關管關斷時才向次級輸送電能。值得注意的是如何解決其效率低的問題，通常選擇軟開關技術和或三明治方式繞制變壓器的方法。其拓撲結構如圖2所示。

圖2反激式變換器電路

在技術指標中，要求本電源輸入電壓適用于AC85V～265V輸入的電壓范圍，電壓大且范圍可調(diào)，還要求有較高的穩(wěn)流精度，因此不容忽視電流諧波及噪聲產(chǎn)生的影響，所以增加了濾波電路。

3.2輸入濾波

輸入濾波電路中包括保險絲、壓敏電阻、共模電感LF1和LF2和濾波電容。其中，壓敏電阻的作用是箝位差模浪涌測試期間可能產(chǎn)生的最大電壓，可以較好地防止雷擊浪涌沖擊；濾波電容中包含X電容和去耦電容，X電容主要用來濾除串模干擾，容量一般為0.01uF-0.47uF；去耦電容能為初級開關電流提供低阻抗通路；二極管整流橋?qū)C線電壓進行整流，該電路能夠較好的抑制共模和差模紋波干擾[3]。另外，為保證功率因數(shù)在0.9以上，電容量不宜太大，不然會增大漏電流，影響耐電壓測試。

3.3反饋電路

反饋控制受誤差和溫度漂移的影響，偏置繞組電壓用來間接地反映輸出電壓的高低。如光電耦合器的電流傳送比Iout/Iin（I輸出/I輸入），其會隨溫度而漂移，也會隨著工作時間的增加而逐漸變差。在本設計電路中，用電阻進行誤差調(diào)整，將偏置電壓轉(zhuǎn)換為電流注入至U1的反饋(FB)引腳。

3.4輸出整流

由漏感和分布電容引起的高頻方波電壓在瞬變時會產(chǎn)生尖峰電壓或浪涌電流，進而引起脈沖頂部震蕩，由此可能會帶來諸多不利后果，如峰值電壓過高、增加損耗及破壞開關管等，所以要減少漏感和分布電容。另外，降低分布電容還可抑制高頻信號對負載的干擾。針對損耗問題，可選擇肖特基勢壘二極管用以提高效率。由電容進行輸出濾波，其總值可使LED紋波電流等于平均值的40%。

3.5有源衰減和無源泄放電路

對于由可控硅觸發(fā)不一致而產(chǎn)生調(diào)光范圍受限和/或閃爍的不良情況及可控硅導通時浪涌電流產(chǎn)生的嚴重振蕩，通過有源衰減電路及無源泄放電路來解決[4]。其中，有源衰減電路該電路可以限制可控硅導通時流入電容并對其充電的浪涌電流。無源泄放電路的作用是使輸入電流始終大于可控硅的維持電流，防止可控硅在每個導通角度的起始階段出現(xiàn)開關振蕩。對于非調(diào)光應用，可以省略這兩個電路。

4.電源的EMC測試

電磁騷擾引起的設備或系統(tǒng)性能的下降被稱為電磁干擾。干擾源、傳輸途徑和敏感設備是電磁干擾發(fā)生必備的3要素。在電子設備硬件中如線纜、電感、電容、電阻、PCB板的印制線、互感元件、接地平板、內(nèi)部導線等都具有天線功能，這些元件能夠以多種方式如電場、磁場或電磁場等傳輸能量，在工作過程中將這些能量耦合到線路中，干擾設備的正常運行[5]。

在該驅(qū)動電源的EMC測試中，設備和EUT都已可靠接地，在調(diào)試中改變了共模電感和安規(guī)電容的布線位置。測試頻率范圍為9kHz～30MHz，測試數(shù)據(jù)如圖3所示。測試圖中，紅色線為標準線（紅線1表示峰值限值，紅線2表示平均值限值），藍線3表示峰值測量值，綠線4表示平均值測量值。判斷依據(jù)為：當綠色波形位于紅色線1以下，且藍色波形位于紅色線2以下，并有3dB以上裕量為測試合格。

圖3電源端子騷擾電壓初測結果

從圖3的測試曲線來看，電源端子騷擾電壓的初測結果超標比較嚴重，尤其是在0.1MHz～1MHz的頻段，最大超標幅度超過十幾dB，而且該LED燈的驅(qū)動電源為恒流開關電源，可能存在的原因有：開關電源的差模濾波可能不夠，導致在0.1MHz～1MHz的頻段測試曲線超過限制，所以應該考慮如何對差模干擾進行降噪；另外驅(qū)動電源內(nèi)部存在高頻干擾源、內(nèi)部線纜過長或電路板接地不良等也是造成限制超標的原因，所以需要檢查樣機內(nèi)部結構和電路板走線，才能給出相應的解決措施[6]。

對樣機內(nèi)部的每條走線進行梳理，依據(jù)的原則為[7]：輸入線與輸出線盡量分離；高頻信號線和低頻信號線盡量分離，還應注意軟開關技術在開關電源中的應用，印刷電路板布線的電磁兼容設計等。在采取了上述措施之后，重測電源端子騷擾電壓，測試結果如圖4所示（各色曲線表示如圖3）。

圖4電源端子騷擾電壓重測結果的頻率點都得到了很大改善。

在室溫下對該驅(qū)動電源效率進行全電壓范圍測試，通過測試結果可以看出電源的全電壓范圍內(nèi)輸出效率在80%以上，且輸出電流非常穩(wěn)定。測試結果見表1。

表1電源效率測試表

5.結論

本文設計的大功率LED驅(qū)動電源，避免了電解電容長時間工作失效的問題，同時具有功率因數(shù)自校正功能，其以高效率、高功率因數(shù)的性能完全可以滿足市場對普及LED燈照明的需求，有著廣泛的應用前景和重要的實用價值。另外，針對該電源在EMC測試中遇到的一些問題，本文給出了相應的整改思路并進行了試驗驗證，效果良好，可為后續(xù)LED驅(qū)動電源的EMC測試提供參考。但LED照明的廣泛普及是一個綜合性的問題，LED驅(qū)動電源只是其中一個組成部分，除此之外，還應把傳統(tǒng)照明行業(yè)的知識，LED器件知識等各方面因素進行綜合考慮才能為節(jié)能燈具的應用提供廣闊的發(fā)展空間。

作者簡介：孔強強（1985—）男，山東鄒城人，碩士,工程師，主要從事燈具性能與安規(guī)檢測、整改研究等工作。