一種顯示屏專用LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)方案

　　LED開關(guān)電源目前已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，而專門的顯示屏專用開關(guān)電源卻并不多見(jiàn)。在今天的方案分享中，我們將會(huì)為大家分享一種顯示屏專用的LED開關(guān)電源方案，希望能夠?qū)Ω魑还こ處煹难邪l(fā)設(shè)計(jì)工作有所借鑒和啟發(fā)。

　　開關(guān)電源設(shè)計(jì)

　　首先來(lái)看本方案的開關(guān)電源設(shè)計(jì)。在本方案中，我們所設(shè)計(jì)的顯示屏專用LED開關(guān)電源主要參數(shù)為：輸入電壓220V，輸出電源5V10A。這種LED電源的開關(guān)電源系統(tǒng)，大致由輸入電路、變換器、控制電路、輸出電路四個(gè)主體組。實(shí)際的開關(guān)電源還要有保護(hù)電路、功率因數(shù)校正電路、同步整流驅(qū)動(dòng)電路及其它一些輔助電路等。下圖中，圖1是開關(guān)電源原理框圖。

圖1 開關(guān)電源原理框圖

　　輸入電路

　　在了解了這種LED電源的開關(guān)電源設(shè)計(jì)方案和原理框圖構(gòu)成之后，接下來(lái)我們就需要進(jìn)行輸入電路的設(shè)計(jì)了。在該開關(guān)電源的輸入電路系統(tǒng)中，具體包括線性濾波電路、浪涌電流抑制電路、整流電路三部分。其作用是把輸入電網(wǎng)交流電源轉(zhuǎn)化為符合要求的開關(guān)電源直流輸入電源。典型電路如圖2所示。

圖2 輸入電路

　　由上圖圖2所展示的輸入電路系統(tǒng)可以看到，該種LED開關(guān)電源輸入電路中主要包含濾波電路、浪涌電流抑制電路及全波整流電路。在該系統(tǒng)中，輸入電路各電容C11、C12、C13用于濾波，濾除高頻噪聲，電抗器L11用于浪涌抑制，電容C14、C15、C18用于去耦。輸入220VAC電壓經(jīng)過(guò)全波整流，產(chǎn)生變換器所需要的直流電壓，及提供控制電路必須的工作電源。J21為短路線，TH為過(guò)流電阻，當(dāng)發(fā)生過(guò)流時(shí)則器件熔斷。

　　功率電路基本原理

　　接下來(lái)我們需要了解一下這種顯示屏專用的LED開關(guān)電源的功率電路基本原理。這里我們以普通市電220V為例進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)220V的交流電經(jīng)輸入電路整流濾波后，已變?yōu)橹绷麟姡◣}動(dòng)），從該直流電到輸出之間的電路可簡(jiǎn)單等效為一個(gè)單管隔離降壓變換器。如圖3所示。

圖3 功率電路基本原理

　　在圖3所展示的這種功率電路中，我們?yōu)榉乐棺儔浩鱐磁飽及快速恢復(fù)，原邊使用了簡(jiǎn)單的R1C1釋放電路。副邊VD1整流，VD2續(xù)流，C2去耦，L、C4濾波，R3、C3、R4為輔助泄放通路。當(dāng)然實(shí)際電路比這個(gè)要復(fù)雜的多，復(fù)雜的原因主要是因?yàn)榧尤肓吮Ｗo(hù)電路、反饋電路、控制電路等。下面具體講述實(shí)際應(yīng)用的電路。變壓器及控制部分供電電路變壓器周邊電路以及給控制電路供電的電路如圖4所示：

圖4 變壓器及控制部分供電電路

　　從圖4所展示的變壓器及控制部分供電電路圖中我們可以看到，在電路系統(tǒng)中，變壓器T11就是圖3中的變壓器T，其中1-3繞組為原邊主繞組（即圖3中的N1繞組），6-7繞組為副邊輸出繞組，也就是圖3中的N2繞組，4-5繞組為原邊輔助繞組，主要給控制電路提供電源。圖中1-3繞組間的22歐電阻和0.45nf電容為原邊釋放電路。給控制電路供電部分主要由變壓器的4-5繞組和三極管D1457為主構(gòu)成。

　　在這種供電電路系統(tǒng)中，結(jié)合圖3、圖4所展示的電路，我們可以看到，C31及5.1歐電阻上面的兩個(gè)二極管用于獲得相對(duì)穩(wěn)定的集電極直流偏壓，基極偏置取自輸入電路的直流電壓。A點(diǎn)由4-5繞組的5邊直接引出，去反饋電路、C點(diǎn)用于提供其它輔助控制的上偏電源。這里的電源去耦電容建議為10—47uF，啟動(dòng)電流不少于300uA。三極管的發(fā)射極下偏置18K電阻接地。

　　集成芯片設(shè)計(jì)

　　在本次所分享的LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)方案中，由于該方案專門為顯示屏所設(shè)計(jì)，因此我們選擇使用集成芯片M51995AFP。該芯片可以直接驅(qū)動(dòng)MOSFET。M51995A不僅具有高頻振蕩和快速輸出能力，而且具有快速響應(yīng)的電流限制功能。它的另一大特點(diǎn)是過(guò)流時(shí)采用斷續(xù)方式工作，具備過(guò)流及短路保護(hù)功能。關(guān)于芯片的具體資料可到網(wǎng)上查詢。M51995AFP芯片的引腳如圖5所示：

圖5 M51995AFP引腳圖

　　振蕩電路

　　在這種LED開關(guān)電源的方案設(shè)計(jì)中，我們所選擇的控制電路M51995AFP具有高頻振蕩能力，但須外接電阻和電容。因此，在該電源系統(tǒng)中，振蕩電路的具體電路設(shè)計(jì)如下圖圖6所示：

圖6 振蕩電路

　　電源反饋及過(guò)流過(guò)壓保護(hù)電路

　　在這一顯示屏專用的LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)方案中，其電源反饋及過(guò)流過(guò)壓保護(hù)電路的設(shè)計(jì)，如下圖圖7所示。

圖7 電源反饋和過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路

　　接下來(lái)我們來(lái)看一下，圖7所展示的電源反饋和過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路的具體實(shí)現(xiàn)方式，以及他們的保護(hù)作用。在該系統(tǒng)中，電源反饋電路的調(diào)節(jié)原理是，控制芯片的F/B端為電源實(shí)際輸出反饋端。輸出電壓Vo經(jīng)分壓采樣，控制基準(zhǔn)電源?；鶞?zhǔn)電源的高低決定了線性光電耦合器的輸出電流大小。從F/B端看，IF/B和VOUT是成線性關(guān)系的，這樣就實(shí)現(xiàn)了電路的反饋調(diào)節(jié)。而過(guò)流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)宗旨，則是由芯片的VF端的來(lái)檢測(cè)，控制芯片輸出Vout經(jīng)過(guò)阻容濾波，反饋回VF端，用于過(guò)流保護(hù)，它同時(shí)從第三邊引出反饋，整流后送VF端，作用和從Vout端引出是一樣的。在過(guò)壓保護(hù)電路中，OVP為過(guò)壓檢測(cè)端，它取決于反饋電路中光電流的大小。因?yàn)樗苯佑绊懝怆娸敵黾?jí)的導(dǎo)通程度（Uce），從而直接影響到OVP電位。由后面的輸出電路可以看出，這個(gè)保護(hù)點(diǎn)取決于一個(gè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。當(dāng)輸出電壓高于保護(hù)值時(shí)，OVP點(diǎn)電位高于門檻電平750mV，芯片進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。

　　檢測(cè)端DET的設(shè)置在該電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，也非常重要。從圖7中可以看到，DET被用于檢測(cè)輸出電壓。如果DET不接地，則在F/B端電壓超過(guò)2.5VDC時(shí)，將F/B電位鉗制在0VDC，從而使得占空比為0，電源處于保護(hù)狀態(tài)。當(dāng)它低于2.5VDC時(shí)，電源正常工作。在本電路中DET被直接接地，因此F/B端不受其控制。

　　電流極限保護(hù)

　　由于隔離變壓器原邊開關(guān)管是單向驅(qū)動(dòng)的，所以只做正極限保護(hù)即可。變壓器第三邊繞組單向脈動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)二極管整流及RC濾波，送CLM+端，做為正極限過(guò)流保護(hù)。負(fù)電流極限CLM-端被直接接地，不起作用。電流極限保護(hù)電路如圖8所示。常規(guī)情況下，CLM+或CLM-的電壓超過(guò)閾值時(shí)，過(guò)流信號(hào)將使輸出截止，并且這個(gè)截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)到下一個(gè)周期。下個(gè)周期將重新恢復(fù)，形成逐脈沖電流控制。

圖8 電流極限保護(hù)電路

　　通斷控制電路及熱沉端

　　在該種LED開關(guān)電源的設(shè)計(jì)過(guò)程中，通斷控制電路及熱沉端的設(shè)計(jì)，需要符合顯示屏嘗試加工作的需要。在本方案中，ON/OFF端(7腳)為低電平時(shí)芯片才工作，閾值電壓為2.4V。本電路被直接接地，不進(jìn)行控制。熱沉端也被直接接地，以獲取較好的熱穩(wěn)定性。芯片的5、6、15、16腳內(nèi)部是短接的，四個(gè)熱沉端通過(guò)5腳接地。相關(guān)電路如圖9所示。

圖9 通斷控制電路

　　開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路

　　接下來(lái)我們需要處理的是開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)問(wèn)題。在本方案中，我們所采用的電源變換器部分是一個(gè)簡(jiǎn)單的單開關(guān)降壓型隔離變換器。開關(guān)管規(guī)格為2SK1939（2501），MOS，N溝道，電壓600V，8A，其功率為100W。芯片的圖騰柱輸出腳2驅(qū)動(dòng)MOSFET管柵極，開關(guān)管驅(qū)動(dòng)隔離變壓器原邊繞組1-3，主繞組上并聯(lián)的RC電路用于提供泄放通路。開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路如圖10所示。

圖10 開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路

　　電源輸出電路

　　這種專門為顯示屏而設(shè)計(jì)的LED開關(guān)電源中，其電源輸出系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，如圖下圖11所示。圖11中，整流部分的上面兩個(gè)二極管用于整流，下面兩個(gè)則用于提供在開關(guān)管關(guān)斷期間（變壓器沒(méi)有輸出）提供濾波電感的續(xù)流通路。電感器及電解電容（2200uF，10V）用于濾波，加上兩個(gè)二極管的續(xù)流作用，可以獲得盡可能連續(xù)的電流。從輸出電路看，這是一個(gè)Buck（降壓）式開關(guān)電源。實(shí)際輸出為5VDC。

圖11 電源輸出電路

　　從圖11中我們可以看到，在這種LED開關(guān)電源的輸出電路系統(tǒng)中，電源輸出電壓由光電1、基準(zhǔn)電源器件及電位器部分來(lái)控制，調(diào)節(jié)電位器可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整輸出電壓。光電2、穩(wěn)壓管部分用于獲得反饋OVP信號(hào)，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值決定了OVP保護(hù)動(dòng)作點(diǎn)。