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LED路灯高效率电源驱动器设计方案[2]

交换技术与网络管控责任编辑：q123456qaz 2012-04-06

摘要：具体设计如图1所示，其中，T1为变压器的一次侧绕组，T2为辅助绕组。1）t0~t1时段，Mos管M1开通，整流输出电压Uc流经变压器T1绕组，电流I1上升。2）t1时刻，Mos管关断，Mos管电压U2上升，变压器初级绕组电流I1换流到次级绕组电流I2.3）t1~t2时段，变压器开始向副边输送能量，副边的充电电流I2随时间线性减小。4）t2时刻，I

具体设计如图1 所示，其中，T1 为变压器的一次侧绕组，T2 为辅助绕组。1）t0 ~ t1 时段，Mos 管M1 开通，整流输出电压Uc 流经变压器T1 绕组，电流I1 上升。2）t1 时刻，Mos 管关断，Mos 管电压U2上升，变压器初级绕组电流I1 换流到次级绕组电流I2.3）t1 ~ t2 时段，变压器开始向副边输送能量，副边的充电电流I2 随时间线性减小。4）t2 时刻，I2降为0 , 储存于变压器中的能量释放完毕。5）t2 ~t3 时段，变压器T1 绕组电感L1 , 漏感L2 与Mos 管漏极对地电容C1 开始谐振，谐振频率。T2 作为辅助绕组之一，其一端电压U1 随U2 降低，当低于ZCD 的阈值下限116V , 即位于图 2 所示A 点时，L6562 再次开通M1 , 下一周期开始。

此电路实现了在Mos 漏极电压达到谷底时开通，尽可能地减小了Mos 管漏极对地电容在高电压情况下放电造成的损耗。

2.3 同步整流驱动设计

在一般的反激式开关电源中，二次侧的整流二极管损耗也是电源效率的重要影响因素之一，可以通过选用低导通压降的肖特基二极管来缓解这个问题。但一方面，这种改良对性能的影响并不是非常显着 ; 另一方面，在本应用中，输出电压较高，而肖特基二极管的反向耐压一般较低，难以满足要求。

比较好的方法就是采用同步整流技术，用导通电阻低的Mos 管替代传统的整流二极管。同步整流按照工作方式可以分为外驱型和自驱型，按工作原理分，又可以分为电压型驱动、电流型驱动和谐振型驱动等。这些同步整流方式各具特点，但也各有不足。文献中提出了一种较为实用的电流型同步整流驱动方案，但由于将Mos 管的门极驱动电压钳位在输出电压，而门极击穿电压较低，因此只适用于较低输出电压的情况。

T3 与T4 分别为变压器上的两个绕组：其中，T3 为二次侧绕组，用于能量的传递，T4 为辅助绕组。T4上的电压跟随T3 的电压升高，用以开启同步整流Mos 管M1.CT1 与CT2 则为电流互感器CT 的两个绕组，其中，初级绕组CT1 被串在主电路中，用于检测流经Mos 管的电流。当CT1 中的电流下降到零时，CT2 将把M1 关断。因此，此方案以电压信号控制Mos 管导通，电流信号控制Mos 管关断，不仅效率高，而且工作稳定，不存在误开通的情况。下面将对这种驱动方案的工作过程做详细分析。

1）第一阶段，变压器一次侧Mos 管关断，电流从变压器的一次侧换流到二次侧。T3 绕组通过CT1 , M1 为输出电容器C3 充电。T3 绕组的输出电压被钳位于C3 两端电压（在本应用中约为52V）。

由于T4 绕组为变压器的一个辅助绕组，因此，同名端B 点的电压比例上升至一个高电压（在此应用中约为10V）。则B 点电压通过二极管D2 为电容器C1、C4 充电。其中，电容器C4 为Mos 管M1 的门极输入电容，通常小于1nF , 以虚线示出。电容器C1为外加电容，取C4 电容值的10 倍以上。由于C4 远小于C1 , 并且电容值很小，根据电容器的串联分压原理，C 点电压很快被充至近10V , M1 导通。同时，电流互感器CT 中的能量从绕组CT2 通过二极管D1 馈入输出电容器C3 , 降低了开关驱动损耗，D 点电压也被钳制在约52V.

2）第二阶段，流经D1 的电流降为0 , 此时流经CT1 的电流降为Ioff .D1 关断，D 点电压开始降低，最终使PNP 型三极管Q1 导通，C4 上的电被放掉，C 点变为低电压，M1 关断，同步整流结束。由于此时Ioff > 0 , 变压器二次侧的充电过程仍未结束，改经M1 的寄生体二极管续流，A 点、B 点仍为高电压。由于C4 被Q1 短路，T4 通过D2、Q1 为C1 充电，直到C1 被充满。值得注意的是，C1 之所以选用电容而不使用电阻，一方面保证了第一阶段中对C4 的快速充电，另一方面使得第二阶段中Q1 导通后在其上的损耗得以降低，提高了驱动的效率。

3）第三阶段，变压器一次侧Mos 管再次导通，A 点、B 点为负电压，PNP 三极管Q2 导通，C1 被放电，保证了下一周期能够再次正常工作。C 点电压保持在低电压，不会造成M1 的误开通。值得注意的是，在每个周期中，C1 都会被反复冲放电。其损耗由公式P = 1/2 CU2 f 可得。其中，设C = 10nF ,U = 10V , f = 100kHz.因此P = 50mW, 此即在C1上损耗的功率。当变压器一次侧Mos 管在一段时间后再次关断后，新的一个周期开始。

这种新型的同步整流方案具有如下特点： 1）可以广泛适用于各种输出电压。2）电路结构和原理较为简单。3）驱动损耗小，效率高。4）电路确定性好，无误动作。

2.4 变压器设计

高频变压器作为隔离型电源中必不可少的组件，在提升效率方面所起的作用也是不容忽视的。变压器的损耗主要分为铜损、铁损及漏感造成的损耗三大块。

铜损是指变压器线圈电阻所引起的损耗。当电流通过线圈电阻发热时，一部分电能就转变为热能而损耗。在低频时，变压器的铜损主要是铜导线的直流电阻造成的，但工作在50kHz~100kHz 的高频电源变压器则必须考虑到集肤和邻近效应。为减小两者带来的交流铜阻变大的现象，可以采取用里兹线替代单股粗铜线绕制变压器，一次侧线圈与二次侧线圈交错绕制等方法。

铁损即磁芯损耗，包括磁滞损耗、涡流损耗和残留损耗。其大小由公式Pc = Kp ×Bn ×f m ×vol所决定。其中，B 为铁芯中的工作磁感应强度，f 为工作频率，vol 为铁芯体积。Kp , n , m 则为与铁芯材料有关的常数。要减小铁损，可以在增加线圈匝数的同时增大气隙，以此来减小工作磁通，但最根本的措施还是选用更好的磁芯材料。

另外要使铁损与铜损之和最小，必须满足以下两个条件： 1）铁损= 铜损。2）原边铜损= 副边铜损。

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