电路输入级由全波整流桥和一个滤波电容组成,完成对交流电的整流滤波。控制级由HV9910B芯片搭建,经输入级滤波后的电压输入到芯片的Vin,作为电路的输入电压VI,其峰值是310 V,均值为190 V。VDD、LD、PWMD端通过电容器接GND端,以维持相应引脚的片内电压。由GATE端输出频率一定的方波脉冲信号作为开关信号控制开关管,其频率由RT端所接的电阻设定,脉冲宽度由CS端采样电阻RCS反馈的LED电流信号控制。电感L1电路中起着至关重要的作用,为驱动电路提供滤波和储能以及续流供电,以保持负载中电流的均衡性,恢复二极管完成构建续流通路的作用。在开关信号开通半周内,由前级滤波后的电势向LED负载直接供电,并给L1充电;在开关信号关断半周内,由充满能量的L1给快恢复二极管、LED组成的回路供能,实现在一个周期内完成对LED的持续驱动。
2.2.1 电路参数计算和器件选择
参考芯片的使用手册和具体电路要求可以确定芯片的外围器件参数,首先必须确定电路的工作频率。由RT引脚接阻值为226 kΩ~1 MΩ的电阻,设定GATE引脚输出的开关信号频率。该频率的选择与电感L值和开关管性能有关,一般在市电供电条件下,频率选择在25~150kHz。当选择过高频率时,需要的电感值较小,但对开关管的要求很高,此时开关管功耗比低频工作时大很多。试验中,先设置到100 kHz开关频率,在没有散热的情况下MOSFET发热量大,极易烧毁。当频率设置到26 kHz时,计算所得电感很大,在工作状态中电感上消耗过多能量,也不适合电路的高效率工作,所以开关工作频率选50 kHz。
LED的驱动电流设定为0.35 A,根据芯片手册中提供的计算公式可得到RT值为478 kΩ,在设计允许范围内可以使用470 kΩ电阻用作RT,采样电阻RCS=0.62 Ω。
电感L1取值与LED电流的纹波值有关,一般限制纹波系数最大为0.3,电感值的计算公式为
电路驱动了10个LED,其VLEDS为33 V,Vin是经过全波整流和滤波后的峰值电压,其值为310 V,ILED和fs取值同前,代入式(2)计算得到L1=5.6 mH,电路中选用6.8 mH的电感。
MOS管选取了性能优良的删,其最大耐压500V,最大漏极电流5A,导通电阻0.6Ω。二极管选取快恢复二极管BYV26B,其反向耐压VD=500 V,正向平均电流1 A,正向导通压降1.2 V。电容C2作为输出滤波电路实现电压滤波,C2在4.7~33μF的电容中选取,前级的滤波电容C0选择4.7~33μF的极性电容,电容C1使用22μF无极性电容。全波整流桥要求有高耐压和大的过电流,电路中选取DB206S,可耐脉冲高压800V,浪涌电流2 A,满足电路设计要求。
2.2.2 电路效率理论计算参考
整个电路中的主要损耗由功率MOS管、采样电阻、负载LED相连的电感L1、快速二极管以及芯片HV9910B产生。根据文献所提供的相关公式和特定型号的原件参数,可以计算得到该电路的总体功耗PLOSS=PMOS+PDIODE+PINDUCTOR+PIC+PRS=0.032+0.389+0.613+0.31+0.008=1.352 W。
电路输出电功率为Po=33 x0.35=11.6 W,电路的整体转换效率η=11.6/(1.35+11.6)×100%=89.57%。从效率理论计算结果来看,该设计电路性能优良。