2. 2. 1 電路參數(shù)計算和器件選擇

　　參考芯片的使用手冊和具體電路要求可以確定芯片的外圍器件參數(shù)，首先必須確定電路的工作頻率。

　　由RT引腳接阻值為226 kΩ ~ 1 MΩ 的電阻，設(shè)定GATE 引腳輸出的開關(guān)信號頻率。該頻率的選擇與電感L 值和開關(guān)管性能有關(guān)，一般在市電供電條件下，頻率選擇在25 ~150 kHz。當(dāng)選擇過高頻率時，需要的電感值較小，但對開關(guān)管的要求很高，此時開關(guān)管功耗比低頻工作時大很多。試驗中，先設(shè)置到100 kHz開關(guān)頻率，在沒有散熱的情況下MOSFET 發(fā)熱量大，極易燒毀。當(dāng)頻率設(shè)置到26 kHz 時，計算所得電感很大，在工作狀態(tài)中電感上消耗過多能量，也不適合電路的高效率工作，所以開關(guān)工作頻率選50 kHz。

　　LED 的驅(qū)動電流設(shè)定為0. 35 A,根據(jù)芯片手冊中提供的計算公式可得到RT值為478 kΩ，在設(shè)計允許范圍內(nèi)可以使用470 kΩ 電阻用作RT,采樣電阻RCS = 0. 62 Ω。

　　電感L1取值與LED 電流的紋波值有關(guān)，一般限制紋波系數(shù)最大為0. 3,電感值的計算公式為：

?

　　電路驅(qū)動了10 個LED,其VLEDS為33 V,Vin是經(jīng)過全波整流和濾波后的峰值電壓，其值為310 V,ILED和fs取值同前，代入式（ 2） 計算得到L1 = 5. 6 mH,電路中選用6. 8 mH 的電感。

　　MOS 管選取了性能優(yōu)良的IRF840,其最大耐壓500 V,最大漏極電流5 A,導(dǎo)通電阻0. 6 Ω。二極管選取快恢復(fù)二極管BYV26B,其反向耐壓VD =500 V,正向平均電流1 A,正向?qū)▔航?. 2 V.電容C2作為輸出濾波電路實現(xiàn)電壓濾波，C2在4. 7 ~ 33 μF 的電容中選取，前級的濾波電容C0選擇4. 7 ~ 33 μF 的極性電容，電容C1使用2. 2 μF 無極性電容。全波整流橋要求有高耐壓和大的過電流，電路中選取DB206S,可耐脈沖高壓800 V,浪涌電流2 A,滿足電路設(shè)計要求。

　　2. 2. 2 電路效率理論計算參考

　　整個電路中的主要損耗由功率MOS 管、采樣電阻、負(fù)載LED 相連的電感L1、快速二極管以及芯片HV9910B 產(chǎn)生[7].根據(jù)文獻(xiàn)[7]所提供的相關(guān)公式和特定型號的原件參數(shù)，可以計算得到該電路的總體功耗PLOSS = PMOS + PDIODE + PINDUCTOR + PIC + PRS = 0. 032 +0. 389 + 0. 613 + 0. 31 + 0. 008 = 1. 352 W.

　　電路輸出電功率為PO =33 ×0. 35 =11. 6 W,電路的整體轉(zhuǎn)換效率η =11. 6/（ 1. 35 +11. 6） ×100% =89. 57%.

　　從效率理論計算結(jié)果來看，該設(shè)計電路性能優(yōu)良。

　　3 電路測試

　　對所設(shè)計的PWM 開關(guān)驅(qū)動電路進(jìn)行電路搭建，并采用數(shù)字電壓表，交流功率計，示波器等實驗儀器對其實物電路的工作狀態(tài)進(jìn)行了測試。在電路正常工作情況下，對電路中的2 個關(guān)鍵點的電壓波形進(jìn)行測試。

　　圖3 為施加到開關(guān)器件柵極的PWM 開關(guān)控制信號波形，其周期為14 μs,幅值8 V,占空比8. 3%,周期和預(yù)設(shè)值有一定差距，這主要是電阻RT阻值誤差造成的頻率設(shè)置偏差。圖4 是LED 負(fù)載中電流的波形。測量過程是在LED 負(fù)載回路中串入0. 5 Ω 電阻測量其兩端的電壓波形，利用電阻的線性特性來反映電流特性。從波形上看，電流按照鋸齒波形周期性變化，峰峰值為40 mV,計算得到其電流紋波為80 mA,輸出電流均值為350 mA,經(jīng)過計算得到其紋波系數(shù)為22. 9%。

?

圖3 PWM開關(guān)控制信號

?

圖4 LED負(fù)載中電流波形

　　電路的輸入功率PI實測為9. 9 W,負(fù)載消耗功率Pout為8. 7 W,則該電路的轉(zhuǎn)換效率為87. 8%,和對電路效率理論計算所得值相近。

　　經(jīng)過對電路的關(guān)鍵點波形測量，和對電路功率的實測，得到該電路工作在71 kHz 的頻率開關(guān)狀態(tài)，工作狀態(tài)穩(wěn)定、輸出功率大、效率較高。但是電路的輸出紋波系數(shù)偏高，致使安全工作中LED 的發(fā)光照度不會達(dá)到其最優(yōu)值，還需要對電路輸出濾波部分進(jìn)一步改進(jìn)提高。

　　4 結(jié)束語

　　通過分析了解LED 發(fā)光性能和電氣特性，得到使用恒流電源驅(qū)動、串聯(lián)方式連接LED 陣列的驅(qū)動要求。在PWM 方式開關(guān)電路原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計出了基于HV9910B 芯片的典型PWM 方式開關(guān)電路，通過實驗測量確定其最佳工作頻率，較好地完成了對白光大功率LED 的照明驅(qū)動。通過理論計算和實際測量，發(fā)現(xiàn)開關(guān)LED 驅(qū)動電源有著較為優(yōu)越的電路轉(zhuǎn)換效率，工作電壓范圍寬，恒流輸出和轉(zhuǎn)換效率超過85%的特點。但是要更安全地驅(qū)動白光LED 進(jìn)行日光照明，就需要對開關(guān)電路的輸出進(jìn)行更為優(yōu)秀的濾波處理，使電路的輸出紋波更小，電流更平穩(wěn)。

?