随着开关电源技能的不断发展和完善，小型轻量、高效率和低本钱的开关电源得到了广泛的运用，以往开关电源的设计常日采取掌握电路与功率管相分离的拓扑构造，但这种方案存在本钱高、系统可靠性低等问题。美国功率集成公司(Power Integration Inc)开拓的TinySwitch-Ⅲ系列新型智能高频开关电源集成芯片很好地办理了这些问题。
LED作为一种新型绿色光源，由于其具有耗电量低、寿命长、反应速率快、高效节能等优点，已被越来越广泛的运用。LED照明将成为继白炽灯、荧光灯、金属卤化物灯后的第四代新型照明技能。LED是一种新型的半导体器件，须要稳定的直流电源。但传统的驱动电源问题，造成LED照明光源寿命短的缺陷，因此设计一种稳定可靠、转换效率高、寿命长的LED驱动电源对付LED照明至关主要。本文设计了基于TinySwitch-Ⅲ系列芯片的一种反激式低本钱高效率驱动电源电路，先容了设计事理和方法。该驱动电源能够输出恒定的电压和恒定的电流，有效地延长LED照明光源的寿命。
1 设计事理及芯片选择
1.1 基本事理
反激式隔离变换器最紧张的特点是构造大略、本钱低，因而在中小功率开关电源中是最为常用的变换器之一。其范例拓扑构造如图1所示。图1中，+Uin为整流后的输入电压;T为脉冲变压器，设计中还应有回路掌握的偏置绕组;D1为输出回路的快规复肖特基整流二极管;R1和C1为其阻容接管电路;输出电路还包括由电感L0和两个电容C0组成的一个π型低通滤波电路;变压器低级有Rr、Cr和Dr组成的RCD漏感尖峰接管电路;Q为掌握脉冲变压器一次绕组导通和截止的反激式变换器所需的开关功率MOS管;Np为低级绕组匝数，Ns为次级绕组匝数;设计中变压器一次侧与二次侧的地旗子暗记采取安规电容隔离;“·”表示同名端。
图1 反激式变换器拓扑构造
在反激式变换器中，Q导通时以隔离变换器的磁芯储存能量，Q断开后将储存在T中能量开释至后级，经由整流二极管、滤波电路处理后，给负载RL供应所须要的优质电压和功率。
1.2 TNY275PN芯片先容
TinySwitch-ⅢI器件以限流模：式事情。开启时，振荡器在每个周期开始时开通功率MOSFET。电流上升到限流值或达到DC MAX的极限时关断MOS-FET。由于TinySwitch-Ⅲ设计的最高限流值与频率是定值，它供应给负载的功率与变压器低级电感及峰值低级电流的平方成正比。因此，电源的设计包括打算实现最大输出功率所需的变压器低级电感。如果根据功率选择了精确的TinySwitch-Ⅲ，那么流过电感内的电流会在达到DC MAX极限前上升到限流值。
本设计采取TNY275PN电源芯片作为LED驱动电源的掌握芯片。TNY275PN电源芯片在一个器件上集成了一个700 V高压MOSFET开关和一个电源掌握器，与传统的PWM掌握器不同，它利用大略的开/关掌握办法来稳定输出电压。掌握器包括一个振荡器、使能电路、限流状态调节器、5.8 V稳压器、旁路/多功能引脚(BP/M)欠压及过压电路、限流选择电路、过热保护、电流限流保护、前沿消隐电路。该芯片具有自动重启、自动调度开关周期导通韶光及频率抖动等功能。
2 系统设计与实现
2.1 设计哀求
AC输入电压范围U=195 V～265 V(常日在亚洲、欧洲和天下上大多数地区利用);
输出电压U。=20 V;输出电流I。=0.7 A;
输出功率P。=14 W;电路效率η≥80%。
2.2 电路实现
由于反激变换器电路大略且能高效供应直流输出，在中小功率、小体积的电源电路中特殊常用，因此主电路采取RCD箝位电路的反激变换器拓扑构造，确定事情频率f=132 kHz。基于TinySwitch-Ⅲ的LED驱动电源电路图如图2。
图2基于TinySwitch-Ⅲ的LED驱动电源电路
3 TinySwitch-Ⅲ外围电路设计
为了更加透彻地剖析此设计的构造与事理，把电路事情事理图分为以下五个部分加以剖析：输入整流滤波电路、箝位保护电路、高频变压器、输出整流滤波电路和反馈电路。
3.1 输入整流滤波电路设计
输入整流滤波电路包括整流部分、互换滤波和直流滤波电路。为了抑制电网中的浪涌电流，输入端口串联了1 A保险管F保护电路和负温度系数热敏电阻RT1(NTC)。互换滤波采取π型滤波电路，电容C1、C2和共模扼流圈L1。共同浸染滤除杂波去除电网中的滋扰，共模扼流圈(电感)是由两股等同并且按同方向绕制在一个磁芯上的线圈组成。当负载电流流过共模扼流圈时，串联在火线上的线圈所产生的磁力线和串联在零线上线圈所产生的磁力线方向相反，它们在磁芯中相互抵消。因此纵然在大负载电流的情形下，磁芯也不会饱和。而对付共模滋扰电流，两个线圈产生的磁场是同方向的，会呈现较大电感，从而起到衰减共模滋扰旗子暗记的浸染。
3.2 RCD箝位保护电路设计
反激式变换器由于变压器漏感的存在及其它分布参数的影响，在开关管关断瞬间会产生很大的尖峰电压，这个尖峰电压严重威胁着开关管的正常事情，必须采纳方法对其进行抑制。本设计采取构造大略、本钱低廉的RCD箝位电路。根据选取箝位电容。
3.3 高频变压器设计
由于变压器在电路中兼有储能、限流和隔离浸染，还要流过直流身分，因而是全体设计中的难点和关键。为了合理选择变压器的磁芯，确定低级、次级线圈的线径、匝数及气隙等参数，必须对磁场强度、传输功率、传输效率、低级和次级峰值电流等多项参数进行剖析打算。打算方法多种多样，但打算结果相差不大。本设计采取了PIXls Designer 8软件，打算相称大略，仅需输入干系设计参数，软件就会输出所需的变压器设计参数：低级线圈电感量Lp=2917 μH;低级匝数：Np=90.7(实际设计中取91);低级绕组电流密度：4A/mm2;次级主绕组圈数NSM=14;磁芯选择：EE22，干系参数：骨架绕组宽度Bw=8.45 mm，磁芯截面积AE=42 mm2，带气隙磁芯等效电感量ALG=312 nH/T2，最大磁通密度BM=274 mT，磁芯损耗中的互换磁通密度BAC=80 mT;气隙长度LG=0.147 mm;低级漏感L_LKG=87.5 μH;次级走线电感LSEC=20 nH。
软件给出的参数都是经由一定优化得到的，故实际设计中优先选用这些推举参数，实践证明这样做是合理且高效的。
3.4 输出整流滤波电路设计
输出整流滤波电路由整流二极管和滤波电容构成。整流二极管D7选用肖特基二极管可降落损耗并肃清输出电压的纹波，根据公式UD7=U。+[UinMAX·(Ns/Np)]设计D7并选用额定电压为100 V的SBll00，与D7并联的RC缓冲接管电路可以减少尖峰电压的幅度和减少电压波形的变革率，还降落了射频辐射的频谱身分，有益于降落射频辐射的能量;电容器C8一样平常应选择低ESR(等效串联阻抗)的电容。为提高输出电压的滤波效果，滤除开关器件所产生的噪声，在整流滤波环节的后面再加一级LC滤波环节。
3.5 反馈电路设计
反馈电路的形式由输出电压的精度决定，本电源采取“光耦+稳压管”形式反馈电路，光耦选LTV817A，VR2是额定电压为18 V容差为2%的稳压管。电源输出端电压由VR2、LTV817A和R4两端的电压决定。当输出电压变革时，电流流向光耦LED，从而下拉光耦中晶体管的电流。当电流超过TNY275PN使能引脚的阈值电流时，将抑制下一个周期，当低落的电压小于反馈阈值时，会使能一个开关周期，通过调节使能周期的数量，对输出电压进行调节。
当反馈电路涌现故障时，即在开环故障时，偏置电压超过R7与旁路/多功能(BP/M)引脚电压之和时，电流流向BP/M引脚。当此电流超过ISD(关断电流)时TNY275PN的内部锁存关断电路将被激活，从而保护负载LED照明灯具。由于本设计利用了偏置绕组(可实现输出过压保护)将电流送人BP/M引脚，抑制了内部高电压电流源，这样的连接办法将265 VAC输入时的空载功耗降落到40 mw，有效地降落了功耗。
4 结语
本文设计了一种基于TinySwitch-Ⅲ的LED驱动电源电路，剖析了其事情事理和设计方法。综合考虑了几个关键环节并阐述了各外围电路的功能特性，给出了合理设计干系电路参数的依据，特殊是利用PIXls Designer8软件设计变压器参数，大大缩短了LED驱动电源的开拓周期。履历证，该电源具有变换效率高(82%)、稳定性好、可靠性高档优点，可以为同类LED驱动电源设计供应一定的参考和借鉴。
