中心議題：

• LED照明用電源" title="恒流電源">恒流電源方案比較與選擇
• LED照明用恒流電源電路與程序設(shè)計
• LED照明用恒流電源方案理論分析與計算
• LED照明用恒流電源測試方案與測試結(jié)果

解決方案：

• 控制電路與控制程序設(shè)計
• 保護電路設(shè)計
• 功率因數(shù)校正電路設(shè)計
• 自動調(diào)光電路設(shè)計

一、方案比較與選擇

1  電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案
方案一：采用反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功率因數(shù)校正電路,，優(yōu)點是將功率因數(shù)校正與電源變換器合二為一,，可以大大減少電路的損耗，提高電路的整體效率,，缺點是應(yīng)用在反激式電路的有源功率因數(shù)校正控制芯片種類較少,，且電路比較復(fù)雜，很難設(shè)計與單片機合適的接口電路,，不容易使用單片機進行控制,。

方案二：將功率因數(shù)校正電路與主控電路分開，采用Boost 型的功率因數(shù)校正電路后接電源變換器的方案,，優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單,，并不涉及單片機對功率因數(shù)校正電路的控制，只需使功率因數(shù)校正部分輸出一個穩(wěn)定的電壓即可,，缺點是會一定程度上降低設(shè)計的整體效率,。

鑒于本題要求步進調(diào)壓的功能，需要單片機對PWM控制芯片有一個良好而穩(wěn)定的控制,，故選擇方案二,。

2  電源變換器方案
方案一：采用半橋變換電路，優(yōu)點是高頻變壓器利用率高,，傳輸功率大,，電路效率很高,，缺點是電路較復(fù)雜，且有直通危險,。

方案二：采用單端反激變換電路，優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單,，缺點是高頻變壓器利用率低,，需要留有氣隙，電路效率不高,。

鑒于本題要求最大負(fù)載只有10 個1W 的led,，傳輸功率較小，故采用方案二,，即反激式電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),。

3  閉環(huán)反饋控制方案
方案一：采用軟件閉環(huán)反饋控制，即使用單片機進行各參數(shù)的采樣,，然后直接由單片機對PWM控制芯片進行控制,，調(diào)節(jié)占空比。優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單,，缺點是反饋回路會受到采樣精度,、采樣速度、單片機運算速度等因素的影響,，使反饋系統(tǒng)變得不穩(wěn)定,。

方案二：采用硬件閉環(huán)反饋控制，即使用硬件電路構(gòu)建反饋電路,，由PWM控制芯片自身根據(jù)反饋信號調(diào)節(jié)占空比,，而單片機對PWM控制芯片只是進行輔助調(diào)整。優(yōu)點是反饋速度快,，調(diào)節(jié)精度高,，缺點是易受外部干擾。

4  有源功率因數(shù)校正方案
方案一：采用UC3854作為有源功率因數(shù)校正電路的主控芯片,。優(yōu)點是功率因數(shù)校正系數(shù)可達99.5%,，缺點是外圍電路非常復(fù)雜且調(diào)試?yán)щy，方案二：采用MC33260作為有源功率有源功率因數(shù)校正電路的主控芯片,。優(yōu)點是外圍電路簡單,，缺點是功率因數(shù)校正率與UC3854相比略低。

220VAC經(jīng)工頻變壓器降壓為36VAC,，經(jīng)開機沖擊電流抑制電路輸入到功率因數(shù)校正電路中,，再經(jīng)高頻隔離變壓器給串聯(lián)在一起的LED燈供電，在LED燈處分別進行電壓,、電流采樣,，返回給PWM控制芯片和單片機,，由單片機給定基準(zhǔn)電壓來控制PWM控制芯片，進而達到控制LED燈恒流可調(diào)的目的,。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

1  電源變換器主回路與器件選擇
PWM 控制芯片采用SG3525,。SG3525 的主要特點是：輸出級采用推挽輸出,，雙通道輸出，占空比0 - 50%可調(diào),。每一通道的驅(qū)動電流最大值可達200mA,灌拉電流峰值可達500mA,。

SG3525 的1、2 引腳分別為內(nèi)部誤差放大器的反相輸入端和同相輸入端,，反相輸入端接收反饋的電壓信號,，同相輸入端為給定的電壓基準(zhǔn)，一般接在16 引腳電壓基準(zhǔn)的分壓上,，由于題目要求恒流輸出時電流步進可調(diào),，故同相輸入端接單片機DAC 模塊產(chǎn)生的參考電壓。

負(fù)載的電流采樣由串聯(lián)在LED 負(fù)載與地之間的采樣電阻完成,，經(jīng)一級跟隨,、一級同相放大之后分別給單片機和PWM控制芯片；電壓采樣由負(fù)載和電流采樣電阻上的電壓分壓完成,，經(jīng)一級跟隨分別給單片機和PWM 控制芯片,。為完成恒壓與恒流模式的切換，分別在電壓采樣回路與電流采樣回路與PWM 控制芯片間各加入一個N 溝道MOSFET 作為電子開關(guān),，完成切換,。為保證反饋的穩(wěn)定性在MOSFET 后再加一級跟隨后將反饋信號傳遞給PWM 控制芯片。

圖2 PWM 控制模塊

2  控制電路與控制程序設(shè)計
由于本設(shè)計的控制部分并不需要很大的計算量,，對計算速度的要求也不是很高,，但需要ADC 與DAC 模塊進行電壓與電流的采樣和對PWM 控制芯片的控制，因此選用C8051F020單片機作為核心處理芯片,，它擁有高速8051 微控制器內(nèi)核,，8 個12 位ADC和2 個12 位DAC，完全可以滿足設(shè)計的需求,。

由于本LED 恒流電源工作時絕大部分時間處于穩(wěn)定狀態(tài),，且對反應(yīng)速度沒有過快要求，因此并不需要對電壓,、電流信號進行同時的采樣,，而可以分別采樣，模式切換和基準(zhǔn)電壓的調(diào)整也不需在中斷服務(wù)中完成,，只有步進調(diào)整電流的按鍵程序需要在中斷服務(wù)中完成,。

3  保護電路設(shè)計
過壓保護電路并不是單獨設(shè)計的,，而是整合在電流控制電路中，由恒流控制回路與恒壓控制回路的切換完成,，當(dāng)單片機檢測到負(fù)載上的電壓高于36V 時,，單片機控制將恒流控制回路切換為恒壓控制回路，將負(fù)載的電壓控制在略高于36V,，當(dāng)再次檢測到負(fù)載電流降低到設(shè)定的電流以下時,，重新將恒壓模式切換為恒流模式，達到過壓保護的目的,。

圖3 控制程序流程圖
（3）負(fù)載調(diào)整率測試
輸入電壓為36.23V，設(shè)定電流為300mA,，負(fù)載從5 個LED 到10 個LED 時輸出電流波動范圍是209mA~300mA,。調(diào)整率為0.4%。負(fù)載調(diào)整率SL≤1%達到要求,。

表3 負(fù)載調(diào)整率測試

（4）效率測試
U2=36V,、負(fù)載為10個LED、I0=300mA,。

表4 效率η參數(shù)測試

（5）功率因數(shù)測試
測得功率因數(shù)為0.998,，達到要求。

圖6 功率因數(shù)校正波形