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(shè)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(fù)載電壓為33V、負(fù)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(shè)備對此電源的EMC(ElectromagneticCompatibility電磁兼容性)測試情況進行了研究，就設(shè)計中應(yīng)該注意的事項和要領(lǐng)作了簡要分析。

1.引言

LED（發(fā)光二極管Light-EmittingDiode）技術(shù)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(yīng)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(dǎo)致其電解電容壽命縮短，進而影響輸出帶負(fù)載的能力，容易降低LED燈具的使用率。為克服這些缺點，本設(shè)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(yīng)用，一般要降低電源諧波，所以加以相應(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)設(shè)計需求，LED燈具的驅(qū)動電源總體結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1LED驅(qū)動電源總體框圖

2.1主電路結(jié)構(gòu)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(shè)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。可以設(shè)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(guān)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(guān)管處于導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)，其上有一個由半導(dǎo)體器件開關(guān)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(guān)管之前加入一個電壓脈沖轉(zhuǎn)換單元，開關(guān)變壓器次級來感應(yīng)高頻電壓，經(jīng)整流濾波后輸送給負(fù)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(yīng)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(fù)載突然斷開時可能對其造成的損壞；遲滯熱關(guān)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(shè)計所采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(shè)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(dǎo)通，此模式避免了在設(shè)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(shè)計。

3.電路設(shè)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(shè)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(dāng)功率開關(guān)管導(dǎo)通時，電能首先儲存在高頻變壓器的初級繞組上，在開關(guān)管關(guān)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(guān)技術(shù)和或三明治方式繞制變壓器的方法。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2反激式變換器電路

在技術(shù)指標(biāo)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(guān)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(shè)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(guān)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(fù)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(dǎo)通時浪涌電流產(chǎn)生的嚴(yán)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(dǎo)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(dǎo)通角度的起始階段出現(xiàn)開關(guān)振蕩。對于非調(diào)光應(yīng)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(shè)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(shè)備是電磁干擾發(fā)生必備的3要素。在電子設(shè)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(dǎo)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(shè)備的正常運行[5]。

在該驅(qū)動電源的EMC測試中，設(shè)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(biāo)準(zhǔn)線（紅線1表示峰值限值，紅線2表示平均值限值），藍(lán)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(dāng)綠色波形位于紅色線1以下，且藍(lán)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(jié)果

從圖3的測試曲線來看，電源端子騷擾電壓的初測結(jié)果超標(biāo)比較嚴(yán)重，尤其是在0.1MHz～1MHz的頻段，最大超標(biāo)幅度超過十幾dB，而且該LED燈的驅(qū)動電源為恒流開關(guān)電源，可能存在的原因有：開關(guān)電源的差模濾波可能不夠，導(dǎo)致在0.1MHz～1MHz的頻段測試曲線超過限制，所以應(yīng)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(biāo)的原因，所以需要檢查樣機內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電路板走線，才能給出相應(yīng)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(yīng)注意軟開關(guān)技術(shù)在開關(guān)電源中的應(yīng)用，印刷電路板布線的電磁兼容設(shè)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)果見表1。

表1電源效率測試表

5.結(jié)論

本文設(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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。