一类LED驱动电源的优化设计[2]

　　3 恒流源的设计

　　串联谐振电路实现电流开环恒流，需要选择电路工作频率，设计电路参数。

　　3.1谐振参数的选择

　　串联谐振电路谐振频率确定后，要选择谐振电感与电容的值，可作如下分析[6]，串联谐振电路图如图6所示。

　　图6 串联谐振电路图

　　其中谐振角频率：

　　为减小RLED对谐振频率的影响，并且在一个开关周期内电流幅值指数衰减比较小，可以得到：

　　根据表达式(21)，可以选择谐振参数。仿真、实验时LED的额定等效电阻为：RLED=108.3Ω，设计的谐振变换器的谐振频率为：ω0=100kHz，所以根据表达式(21)，选择谐振电感为：Lr=0.77mH，谐振电容为：Cr=3.3nF。

　　3.2 工作频率的选择

　　串联谐振开关频率高于或低于谐振频率时，其输出电流具有恒流特性。当开关频率小于谐振频率时，开关管为零电流关断，开通为硬开通。要实现零电流开通，需要在开关管上串联饱和电感，但是这会增加电源体积，并且在开关频率小于谐振频率时，电感的谐振电流畸变比较大。当开关频率大于谐振频率时，开关管为零电压开通，关断时硬关断。在开关管并联吸收电容，可以实现开关的管的零电压关断[7][8][9]，相对串联饱和电感，更容易实现，并且谐振电流的畸变比较小，并且高频会减小变换器体积，所以选择开关频率大于谐振频率。 谐振变换器的谐振频率取：f0=100kHz，根据表达式(9-12)，可以得到，要实现0.3A的恒流，变换器的开关频率可以为：f1=5.92×104Hz，f2=1.69×105Hz。如图7所示，开关频率小于谐振频率时，谐振电流的畸变比较严重。实验选择谐振变换器的开关频率为：f=1.69×105Hz。

　　图7 谐振电感电流波形

　　3.3 LED数目m对恒流误差的影响

　　首先定义恒流误差ΔI为：LED数目m变化前后平均电流差值的绝对值。根据表达式(14)(15)，可以看出，LED数目对恒流误差影响比较大。将图5(b)再进行局部放大可以得到如图8所示，从图就中可以比较明显的看出，m值越大，LED平均电流的恒流误差就越大。为此，实现开环恒流的变换器在一定恒流误差范围下驱动的LED数目是有限的。

　　图8 n=1时，LED平均电流与LED数目的关系

　　3.4 隔离变压器的设计

　　隔离变压器主要起隔离传递能量的作用，激磁电感不参与谐振，固激磁电感应该远大于电路的谐振电感。仿真与实验的电路设计的谐振电感为：Lr=0.77mH，所以将变压器的激磁电感设计为Lm=10mH。根据表达式(9-12)可以得到n=0.5时，LED平均电流与LED数目的关系图，如图9所示。

　　图9 n=0.5时，LED平均电流与LED数目的关系图

　　对比图(8)(9)可以看出，相同LED数目m下，变压器变比n减小，恒流误差减小。为此，在保证恒流误差比较小的情况下，可以通过减小变压器变比n来增加变换器所能驱动的LED的数目m。但是，在相同功率下，变压器变比n越小，其二次侧匝数越多，变压器体积变大，并且变压器变比n越小，开关频率也越小，同样会增大变换器的体积。所以变压器的变比n要根据恒流误差要求和LED数目m来合理选择。

　　4 实验结果

　　实验时驱动电源输入电压为：Vin=400V，LED型号为：SEOUL-X42180，并且Vturn-on=2.6V，Rs=1.5Ω，LED工作电流：IF=300mA，恒流误差为：ΔImax<5mA，LED数目为：m=10。根据前面分析，谐振电路的谐振角频率选取为：ω0=6.28×105rds/s，谐振频率为：f0=100kHz，Lr=0.77mH，Cr=3.3nF，谐振变换器的开关频率为： f=1.69×105Hz，变压器变比n=1。实验结果如图10(a)、10(b)所示。从图10(a)、10(b)中可以看出，LED数目m由5变为10，LED两端电压变为原来的2倍，但是流过负载的电流基本不变，保持恒流。

　　图10 谐振变换器输出电流与电压波形

　　5 结论

　　本文将串联谐振电路用于LED的级联供电机构中，实现开环恒流，减小了整体设计的复杂度。文中确定了串联谐振电路实现开环恒流的条件，确定了串联谐振电路参数的选择依据，分析了LED数目m与变压器变比n对恒流效果的影响，为m与 n合理选择提供了依据，仿真与实验验证了优化设计的正确性。

编辑：Cedar