基于L6562的60W带PFC的LED灯驱动电源 - 图文

毕 业 论 文

论文题目

学专班学

基于L6562的单端反激式LED 灯驱动电源设计 院 业 级 号

学生姓名 指导老师（签名） 完成时间 年 4 月

摘要

根据LED灯高频开关电源的设计要求，本次设计了具有单端反激式结构的有源功率因数校正恒流限压反馈LED灯驱动电源电路。驱动电源的额定输出功率60W。驱动电源的校正控制芯片使用L6562，L6562工作在临界导通模式。单级反激式结构不仅实现了高功率因数的校正，同时还完成了DC/DC级的降压和高低压的隔离功能。驱动电源可以给LED灯提供恒定的电流，使LED灯能稳定的发光。

鉴于单级PFC反激式开关电源的变压器不仅需要具备PFC初级电感的储能功能，同时还能实现反击式变压器的隔离降压功能。所以初级的电感结构进行了特殊设计。文中阐明了变压器的设计准则和计算。设计了能让单级PFC反激式开关电源正常工作，同时具有较高的传输效率的变压器。

本次设计在反激式电路中使用的钳位方式是RCD钳位，RCD钳位电路能有效的降低电源的EMI。电路中使用到的开关器件是MOS管。本设计最终能实现功率因数0.9以上，输出功率达60W，同时效率达到85%的基本要求。

关键词：反激式； 开关电源； L6562； 高功率因数； LED灯；

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Based on L6562 single-ended flyback type PFC LED drive power

supply design Abstract

According to the requirements of the LED lamp high frequency switching power supply design, the single-ended flyback type has been designed the structure of the active power factor correction constant flow pressure limiting feedback the LED drive power supply circuit.Driving power supply of rated power output of 60 w.Correction of drive power supply control chip using L6562, L6562 work in critical conduction mode.Single-stage flyback type structure not only has realized the high power factor correction, also completed the level DC/DC buck and high and low voltage isolation function.Driver can provide the LED constant current power supply, the LED lamp can steady glow.

In view of the single-stage PFC flyback switch power supply transformer not only requires the PFC inductance energy storage function, but also can achieve the function of counter type transformer isolation step-down.So the inductance of the primary structure of the special design.This paper illustrates the design criteria and calculation of the transformer.Design can let the single-stage PFC flyback switch power supply to work properly, at the same time has high transmission efficiency of transformer.

The design of the flyback type clamping way is used in the circuit RCD clamp, RCD clamp circuit can effectively reduce the power supply EMI.Circuit is used to switch devices in MOS tube.This design can eventually realize the power factor above 0.9, the output power up to 60 w, at the same time, the basic requirement of efficiency reached 85%.

Key words: Flyback Switching power supply L6562 High power factor

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目录

第一章 引 言 ............................................................. 1

1.1 课题背景与来源 .................................................... 1 1.2课题意义 ........................................................... 1 1.3 本论文的主要工作 .................................................. 2 第二章 LED灯的特点与驱动方式 ............................................ 3

2.1 LED与传统光源的差别 ............................................... 3 2.2 LED的发光原理 .................................................... 3 2.3 LED的特性 ........................................................ 4 2.4 伏安特性 ......................................................... 4 2.5 LED的允许功耗P .................................................. 4 2.6 LED的时间响应特性 ................................................ 5 2.7 LED灯的光源问题 ................................................ 5 2.8 串联连接方式 ..................................................... 6 2.9 并联的连接方式 ................................................... 6 2.10 混联的连接方式 ................................................... 7 2.11 功率因数校正的目的 ............................................... 7 2.12 无源功率因数校正技术简介 ......................................... 8 2.13有源功率因数校正技术 .............................................. 9 2.14 两级功率因数校正技术 ........................................... 10 2.15 单级PFC反激式开关电源作为LED驱动电源 .......................... 10 第三章 PFC系统的基本原理 ............................................... 11

3.1 系统的整体结构设计 ............................................... 11 3.2 输入回路的设计 .................................................. 11 3.3 输入回路的详细设计 .............................................. 11 3.4 功率因数校正的实现 .............................................. 12 3.5 临界导通模式高 PF 反激变换器原理 ................................. 13 第四章 单级 PFC 反激功率因数校正电路设计 ................................ 14

4.1单级PFC主控芯片及整体电路确 ...................................... 14 4.2 箝位电路网络设计 ................................................. 15 4.3 反馈环的电路设计 ................................................. 16 4.4限压环路的设计 .................................................... 16 4.5恒流环的设计 ...................................................... 17

III

4.6 输出滤波电容的设计 ............................................... 17 4.7 MOS管与输出整流二极管的确定 ..................................... 18 第五章 变压器的设计 ...................................................... 18

5.1 高功率因数反激式变压器概述 ....................................... 18 5.2 变压器的设计步骤 ................................................. 18 5.3 初步计算的变压器参数 ............................................. 18 5.4变压器的磁芯 ...................................................... 20 第六章 硬件调试与总结 .................................................. 21

6.1 DXP的简介 ........................................................ 21 6.2 使用DXP进行原理图和PCB的设计步骤 .............................. 22 6.3 L6562的调试要点 ................................................. 22 6.4 实际的调试结果 ................................................... 22 6.5 调试波形 ......................................................... 23 6.6 调试结果与分析 ................................................... 24 第七章 总结与展望 ....................................................... 25

7.1 总结 ............................................................. 25 7.2 未来展望 ....................................................... 26 参考文献 ................................................................. 26 附录一（实物图） ......................................................... 28 附录二（原理图和PCB图） ................................................. 29 致谢 ..................................................................... 30

IV

第一章 引 言

1.1 课题背景与来源

爱迪生在20世纪发明了白炽灯，白炽灯颠覆人类文明几千年日出而作，日落而息的传统作息观念。这一伟大发明我们不能否认，但是随着世界文明的的进步，电子的科学技术也得到飞跃的发展，所以照明的科学技术也得到快速的发展。到现在的21世纪的今天白炽灯已经慢慢的灾和我们告别，新的照明系统慢慢的统治整个社会，发光二极管最终会替代白炽灯和荧光灯。

在现在世界能源枯竭问题日益严重的背景之下[1]，生活生成中的能源成本也在日益的上升，再这样的背景之下，白炽灯就站在了不节能的一边，一个白炽灯消耗的能源有97%是白白浪费掉的，而荧光灯也只是比白炽灯好一点点，荧光灯同样也存在85%的能量是别白白浪费掉的，荧光灯的平均寿命大概在5000个小时左右，而且荧光灯还得使用有毒的水银制作灯管，发出来的光也是很粗超的。白光LED灯相比于白炽灯是荧光灯，LED的寿命是前者是10倍，也不含有毒物质，同时还能发出任何颜色的光[2]。

推动内需更好的发展中国的内部经济，同时解决中国就业紧张，缓解社会的各方面矛盾。在这样的一个背景之下启动“十城万盏”、“千里十万”、“绿色照明示范城市”等等一些列有关绿色照明的活动项目。这些活动不仅仅带来就业发面的职位，更加重要的就是推动中国照明行业往绿色，环保，无污染方面发展。为这一伟大的行业中国发改委发布了《半导体照明节能产业发展意见》。在自身前景宽广，性能突出的LED灯照明系统，加上政府的关心和扶持，使得LED灯照明系统得到质的飞跃，慢慢开始步入社会，成为社会比较成熟的照明系统。据不完全统计，中国每年LED路灯的需求是300万盏，每年都超多120%的增长率。

又此可见，LED灯即将得到广范围的使用和推广，将人类的照明技术推上一个新的台阶。

1.2课题意义

我国人口数量非常庞大，占据着世界四分之一的人口。人口虽多，但是资源的占有却非常的稀少，国民的人均资源就更加的稀缺。能源是我们发展的动力，我们的衣食住行都没有办法离开能源，不同的行业做着不同的生产，都必须依赖于能源，在这样的背景之下。节约能源成为我们唯一途径。

在照明行业之中也必须坚持往节约能源、减少污染充分发挥我国的劳动力资源。LED照明行业有着巨大的市场潜力。世界各国的政府都在政策和资金上支持和鼓励。节能、高效的、安全的恒流源驱动开关电源的研制将极大的提高我国在 LED 照明产业上的竞争力。LED照明行业的蓬勃发展，是依靠高效的 LED 恒流驱动电源的支持。白光 一般的LED 照明需要连接220V 市电供电。国内市场驱动LED灯的两大方式是使用恒压控制

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加限流电阻或者用驱动芯片来设计满足恒流开关电源去驱动LED灯。

设计用传统的恒压电源控制芯片来实现恒流的功能，这样的设计将大大的降低成本，减小体积，提高效率，同时设计也更加的灵活，提高国内 LED 照明产业的世界占有率。传统开关电源大多实现恒压控制的，恒流电源属于特种电源，随着LED 照明的迅速发展，这促使了恒流电源成为常规的电源。因为恒流控制理论和技术方面的研究相对较少，所以恒流驱动方式提供了研究开关电源的新视角[3]。

1.3 本论文的主要工作

本文通过对开关电源理论知识的深入分析和研究。一理论知识为基本的指导思想，去设计一款可以额定输出60W的LED灯驱动器。在设计的过程中不停的研究电源的寿命，同时分析造成电源寿命改变的原因进行深入的研究分析，在设计中做到如何去造成做到尽可能的避免改变电源寿命的不良因素的的出现。不同的系统有不同的要求，依据实际的设计要求去设定一个电源系统的总体框架和详细输出和输入参数。对整个系统中的各个模块做出详细的推导计算和验证。有了理论的基础之后，在这个理论结果的基础之上进行实际的实验板验证，对验证过程中出现的问题进行修改，通过不断的优化设计，最后设计出合格的驱动电源方案。本文章节安排如下。

(1）介绍分析LED驱动电源的技术水平，确定自己的研究方向。 (2)分析介绍开关电源中使用到的一般电路拓扑。

(3)设计总体的框架方案，设定了系统的总体参数，明确各个模块部分的设计方案。 (4)设计了 60W 电源系统的主体电路。

(5)制作实验板验证设计方案，分析各项参数，得出最终设计结论。 (6)对全文的总结和展望。

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第二章 LED灯的特点与驱动方式

2.1 LED与传统光源的差别

（1）LED灯的发光效率极高，所以其功耗也是极小的。普通的白炽灯和钨灯的效率也就约为12-25lm/w，荧光灯好一点也就是50-130lm/w[4]。这两类10%的灯发射的能量的转换率是人难以接受的，这样低的转换率就造成了记起的浪费。然而300lm/w的光效是其他照明系统无法替代和胜出的，就是说LED灯的光效是前两种的10到15倍。LED

[5]灯无论是从灯光的颜色还是和光谱看，它都远远胜于其他光源，这也是LED的突出优势。

（2）LED灯的寿命也是很长的。一般的LED灯都会超过十万个连续点亮小时。相对于使用钨丝发热从而发出光源的白炽灯而言好很多了。在机械结构中LED灯的也有突出的优势，非玻璃结构远远安全过玻璃结构。由此可见LED灯的工作使用寿命不是白炽灯和日光灯的工作使用寿命长可相比的。

（3）LED安全环保性能突出。其不含汞元素，驱动方式是直流电，没有频闪问题，用在照明场合更有利于保护人的视力。而且其电路故障也很低，很适合用于现代的电子产品中。再液晶屏幕中这个优秀的性能就更加突出了。

（4）LED的体积小也是其一大优点。LED灯已经颠覆了普通传统照明的系统的样子，其体积可以其节能的特性，使得它基本成为电子产品照明发光的首选[4]。给我们的生活带了无限的精彩和快乐。小到人的肉眼都无法发现为止。在移动设备引领，LED解决了其他照明体积庞大的短板。

2.2 LED的发光原理

LED的来源于英文Light Emitting Diode的缩写。在中文中称之为发光二极管。在结构材料中看它是一种半导体结构器件，由此其基本特性与普通二极管的特性差不多[5]。在PN的结构中，当PN结两端处在正向压降时，它会强制的把N区内的电子就会推向了P区，被强制推过去的电子会与P区内的多数载流子复合，在复合时就会产生多余的能量，而这些产生多余的能量不能被消耗就只能以光能的形式释放出来外界，实现把电能转化为光能，LED也就是一个PN节。从二极管的原理之中可以知道，如果PN节两端的电压是反向电压，这个反向电压就会把电荷区家得很宽阻止电子的转移，PN节不导通，灯不发光。经过无数人的研究发现发光的波长与材料有关，材料的能隙Eg(单位为电子伏（eV）)[6]。

Eg?hv/q?hc/(?q).......................................（..2?1）

??hc/(qEg)?1240/Eg(mm)...........................................（2?2）

式中v是电子速度；h为普朗克常数；q为载流子所带电荷；c为光速；?为波长。如果

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想要产生波长为380~780mm的可见光，在半导体的Eg应该再1.63到3.26eV之中。如下图2-1和图2-2。

图2-1 照明LED灯 图2-2 指示LED灯

2.3 LED的特性

LED作为照明电源的材料，其主要的光学特性、电学特性和热学特性就成为我们研究和关注的内容。LED的主要光学特性参数为：光通量、发光效率、发光强度、光强分布和波长。光通量就是波长为360nm到380nm之间的光源所辐射的总能量[7]。光通量的单位是流明（lm）。光通量和耗电功率的比值决定了发光效率的强弱，发光效率的单位是流明/瓦（lm/W）。发光强度是指从一个特定方向上的发光强弱的大小，因为指定不同的角度，就会有不同的空间角度，LED灯光强差别就会很大。须研究LED灯不同角度的发光强弱的分布特性。知道LED灯的发光强弱分布特性之后我们就能依据这个特性，设计计算出LED灯的最大照射角度了。

2.4 伏安特性

不同LED灯芯PN结性能就存在不同的伏安特性，伏安特性就直接衡量了PN结的性。非线性和单向导通性是PN结最主要的性能。只有PN节外加的电压是正向电压时LED灯才表现为低电阻态，反之为高电阻。伏安特性有一大不确定性，就是同批次的灯，展现出来的特性也是不完全相同的。在恒定的电压驱动的前提条件下，相同批次不同的LED的正向电流不同大小值不一样。在LED导通后，只要外加电压稍微的变动一下，都将引起LED电流的突变化。在正向工作区，工作电流If与外加电压呈指数关系[5]：

qvf?1)...........................................（2?3） IF?Is(? kt式中的Is表示反向饱和电流，IF是正常时的导通电流值。

2.5 LED的允许功耗P

假设If为流过LED的电流值，Vf为LED的导通压降，LED的总功耗为P?If?Vf。当LED工作时PN节内一部分的的载流子会和电子复合发出光子，当然没有转化为光子的载流子就会复合变成热量，这些热量会让LED的结温度升高[8]。热量总是从高温往低温传

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递，当外部的温度和LED的节温存在温差时，灯上面的热量就会通过特殊的散热结构基座往外环境传递热量，以此来降低灯内部的温度。在设计大功率的照明灯是都必须设计好散热器，用来加快向外面释放热量，降低LED的温度保护LED灯，使他的寿命更加长。

2.6 LED的时间响应特性

响应时间是衡量LED的反应速度，反应时间越短就说明灯的反应时间越短，灯的质量就越好。研究LED的响应特性很重要，我们知道他可以用在设计驱动器时去避免一些频闪问题。特别是在对频闪要求严格控制ＬＣＤ显示应用场合。如图下图所以是LED的响应特性图。

灯的点亮响应时间又自己的特殊定义，LED的亮度从正常亮度的10%到90%的这段时间就为做LED的点亮响应时间。同样的灯的熄灭响应时间也有自己定义，当LED从正常亮度减弱到10%的这段时间长度称之为LED的熄灭响应时间[8]。LED的响应时间包括LED的点亮时间和熄灭时间。在现在智能化的系统光源中，响应时间就成评定一套光源系统性能优良的重要数据之一了，不同的LED的制作工艺和不同的材料特性都会得到不用的响应时间如图2-3。

图2-3 LED灯响应特性图

2.7 LED灯的光源问题

由于受到散热的问题影响，单颗ＬＥＤ的功率都做不大。一般场合的照明功率要求远比单颗灯的额定功率大得多。在一些特殊的照明场合可以使用单颗LED灯来照明。但在一些要求大功率的照明场合单颗就不能满足了，所以就必须把多颗LED同时使用才能达到照明的要求。所以市场上更多卖的是多颗LED灯块，厂家把很多个小功率的LED灯封装在特殊的封装中，以此来达到照明功率要求。

人眼特别容易捕获颜色。光谱的偏移越厉害就意味着光源的质量越低下。人民对LED灯颜色质量和稳定性要求越来越高，所以提高灯的质量就成了LED灯光源的大趋势。但是以目前的技术而然还有很大的差距。不断的改进LED的封装工艺和制作工艺，我们的

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LED新光源会得到很大的改善[9]。

2.8 串联连接方式

我们在设计照明系统时，都必须先确定是用什么样的驱动方式。这就要求我们必须先确定LED的链接方式。

LED灯的串联链接方式如下图。这类链接方式的最大特点就是要求电源的输出电压比较高，串的灯数越多，要求的输出电压就越高。串联过灯的电流大小一样时各个LED灯的亮度都一样。但是这种链接方式也是存在一些缺点的，如果使用稳压驱动方式时，当出现一个LED灯因某种原因出现短路时，而驱动器两端输出的电压恒定不变，剩余的LED就得平均分摊这个电压，会造成每颗灯两端的电压升高，驱动电流会增大。后果就是容易损坏余下的所有LED；如果是采用恒流驱动方式，由于驱动电源的输出电流不变，当出现以上情况时，不会造成流过ＬＥＤ灯的电流增大，LED能正常工作[11]。串联连接图如图2-4。

如图2-4 LED灯的串联链接方式

2.9 并联的连接方式

LED灯的并联链接方式，驱动时要求的电压低电流大纹波低。因为并联所以分配在所有的LED灯两端电压相同。这种链接方法当是使用稳压源驱动，由于每颗LED都存在一定的差异，其等效阻抗不相同这会使得流过每颗LED灯的电流不一致，会造成LED的亮度产生明显差异。同时由于LED灯是负温度特性，所以会造成亮的会越亮，暗的也会越暗。当出现一颗烧坏短路时，稳压源就会出现短路现象。如果使用恒流源驱动，每颗LED灯的阻抗都不一样电流分配不均匀，也会出现亮的会越来越亮，暗的越来越暗的情况。恒流输出，一些电流小了，意味其他的电流就大，ＬＥＤ灯如果出现过流现象就很容易烧坏。会造成循环性的烧毁。并联连接如图2-5。

图2-5 LED并联连接方式示意图

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2.10 混联的连接方式

在实际的应用当中一颗灯珠的额定功率是比较小的，在一些需求照明亮度比较大的地方，往往需要很多个LED灯一起使用才能达到照明的要求。在一盏大功率的ＬＥＤ灯中只使用LED串联的方式把所有的灯珠连在一起就需要比较高的驱动电压。这样会要求LED驱动器输出比较高的电压，外壳绝缘设计就要更加的严格苛刻了，而且在生产安装维和和更换时都是不安全的。如果把所有的LED灯珠并联起来用，要求LED灯驱动电源输出电流比较大。如果单单使用串联或者并联连接所有的LED灯，这会大大的增加了LED驱动器的成本。人们就想出了设计一种连接方式，输出电压不要求很高，输出电流不一用很大，那么就是综合串联和并联的方式的得到一种混联的连接方式，混联连接如图2-6。

图2-6 LED灯的混联连接示意图

本次设计我使用的灯块就是使用混联连接方式，一个灯块的功率是30W，我使用了两个灯块串起来当作负载，所以输出就就有60W的负载。没个灯块里面又有9*3=27个小LED灯混联连接的，是9LED灯芯串起来，然后3列并起来的连接方式。灯块实物如图2-7。

图2-7 灯块实物图

2.11 功率因数校正的目的

功率因数ＰＦ的计算值等效于输入电流和电压的相位差得余弦值。当这两者的相位差越大ＰＦ值就就月低，相反两者的相位差越小，功率因素ＰＦ值就越高。一般的用电

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设备在运行工程中都会产生高次谐波，这些高次谐波会通过电源线进入到交流电网产生一定的谐波污染，这些污染现在越来越受到的世界各国的重视，很多国家已经开始制定一定的标准要求用电设备的产生的谐波分量进行的严格控制，以此来减少对交流电网的污染。中国也不例外，也开始设定这类的标准要求电器设备严格遵守，控制好高次谐波的强度。在功率因数的要求方面，欧洲的制度和要求的最明确，欧盟强制要求市面出售的用电设备功率达到30W的必须满足IEC1000-3-2的电流谐波标准[10]。而要想达到IEC1000-3-2电流谐波标准的用电设备必须达到有功率因素校正环节。现在大量使用的开关电源，其实质是一个电容性的输入电路，所以其输入电流和电压就存在相位差，而正是这个相位差会造成交换功率的损失。

在开关电源之前加入PFC电路是避免在功率交换时能量不必要损失的唯一途径。PFC的意义是“功率因素校正”。功率因素在数值也可以用有用功率和视在功率的比值来计算，表达式（2-4）为：

......................................（2?4） cos??P/S..........

?是电流和电压的相位差，P是有用功率，S是视在功率。

功率因数的大小还和负载的特性有关。如我们常用白炽灯属于纯阻性负载，纯阻性负载电流和电压时时刻刻都是满足欧姆定律的，所以其的功率因数为1。当负载时非纯阻性负载时功率因数都会小于1。功率因素是一个很重要的技术指标，一个设备的效率好低可以用它的功率因素作为衡量指标之一。因为功率因素低实际上就设备的无用功率过大。

从理论上讲设备只会从电网中吸取能量，而不会产生向电网中输送能量。这就要求用电设备相对电网接口是一个纯阻性负载。因为纯阻性负载的输入电流和电压随时时刻都满足欧姆定律，也就是满足正比关系。功率因数校正就是强制让电设备相对电网接口是一个等效的纯阻性负载这么一件事。

2.12 无源功率因数校正技术简介

在最早的校正技术中的选择就局限在无源功率因数校正技术。所谓的无源校正就是使用大电容和大电感特殊延时性构成一个无源网络进行电流和电压的移相从而实现了功率因数的校正。效率高，可靠性高，很低EMI，价格低成为无源校正技术的优势所在。而电容和电感的取值很大，意味着电容和电感的体积很大，这会造成设备的体积大而且笨重，更主要的缺点是很难实现比较高的功率因素，同时抑制电流的谐波也不是很理想，同时校正后的DC电压是后一级的输入电压，它会随着后级的负载改变而改变的，也会随着输入电网电压的波动而波动，这会造成后级的不稳定。

由于无源功率校正技术是使用低频电感和电容来进行校正的，所以其工作的特性都会与频率、负载和输入电压的变化而变化的，这些都现在无源校技术的应用，一般的无

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源校正技术都是用在300W以下，而且对重量，体积。价格要就不高的场合。

2.13有源功率因数校正技术

APFC是有源功率因数校正技术的简称[11]。由于近十年开关器件功率性能都得到了的不断发展，这也促使APFC技术也得以突飞猛进的发展。APFC换器工作在高频的环境中，所以必须依赖于的开关的技术发展情况。APFC的工作频率的一般都会超过30K赫兹。高频设计工作状态设计出来的东西具有体积小、重量非常轻，效率高和高PF等优点。APFC有以下的几种分类：

(1)平均电流型。在这种工作模式下其输入电流是连续的模式（CCM）。同时其工作频率也是固定的，电流其波形如图2-8。芯片UC3854就是工作在平均电流模式。这种芯片的开关频率固定，电感的电流是连续状态。开关管电流有效值小功耗低。前端的ＥＭＩ滤波器不但体积小而且还能很好的抑制开关电源的噪声。主要缺点是：在这种工作模式下控制电路复杂非常之多。需要有专门的空乘法器和除法器。平均电流型控制方法的输入电流波形如图2-8。

图2-8 平均电流波形图

(2)滞环电流型。滞环电流型工作频率可变的环境中。当电流达到滞环带内发生功率开关通断操作，开通时输入电流上升、关断是输入电流下降。电感的输入电流决定了电流波形平均值，电感电流输入波形如图2-9。

图2-9 滞环电流波形图

(3)峰值电流型。峰值电流型的工作是频率不是固定不变的，它是随时在改变的。而电流是不连续（DCM）波形如图2-10 所示。峰值电流型最大的优点是采用的是跟踪器的方法，使得电路结构非常的简单、易于调试。但也存在一些缺点：PF值受到的和输入电压与输出电压的比例影响较大。输入电压不同时PF值也将跟着不同。在相同容量的情况下DCM峰值电流比CCM的峰值电流高出一倍，这样导致了流过ＭＯＳ管的峰值电流大从而导致开关损耗增加，所以CCM模式就特别适合在大功率APFC电路中使用。电感电流输入波形如图2-10。

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图2-10 峰值电流波形图

2.14 两级功率因数校正技术

两级PFC技术也比较方案比较成熟。所谓的两级方案实际就是把电流整型和输出电压调节分开控制，一个转换器单独对输入电流进行整形，一个转换控制器对输出电压的进行快速的调节[12]。两级的PFC方案的电气性能非常的突出。电流的总谐波失真(Total Harmonics Distortion，THD)小于5%，PF可达0.99以上；在优越的电气性能的背后是成本的增加，两级PFC至少需要两个开关管和二套控制电路，明显就增加了电源的成本和设计的复杂度。使得在小功率300W以下的应用中两级PFC没有竞争力。

2.15 单级PFC反激式开关电源作为LED驱动电源

目前ＬＥＤ照明系统灯已经开始慢慢的占据着市场。谁设计的驱动电源性价比高，谁就更容易占据着市场的份额。所以设计的驱动器必须遵循以下的设计准则：成本低、低温升、低EMI，高可靠性和高效率。然而单级PFC反激式电源也存在一些没有解决的技术难点，谁能解决效率不高、温升较高、EMI强、工频纹波较大的技术难点问题谁就更加容易占据着这个市场，走在这个行业的前头。

不同的电路实现不同的功能，有着各自的优缺点。成本低、结构简单、体积小、易于实现多路输出等优点，成为单级PFC反激式开关电源作为照明驱动电源主要优势所在。正是由于这些优点的存在，使得单级反激式开关电源得到推广是普及成为作为LED驱动电源是较好的选择之一。在单级反激式PFC开关电源中使用隔离式升压Boost结构的峰值电流控制的居多[15]。在LED驱动电源也有其基本设计的要求和参数：要实现PFC，输出调整快纹波低，同时因需求巨大，所以性价比也要高。输入电压范围宽，输入的电流满足IEC1000-3-2的标准[13]。DC-DC框架如图2-11。

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图2-11 DC-DC框架图

第三章 PFC系统的基本原理

3.1 系统的整体结构设计

本次设计的系统结构框如图3-1。主要的组成部分是：EMI滤波电路，整流电路，带Cb电容的PFC+DC/DC的转换电路，反馈环电路和高效率的LED灯块。

前端的EMI滤波器（低通滤波器）这要是用来阻挡电网的高频信号进入设备干扰设备的正常工作，同时也阻挡设备工作中产生高平信号进入电网，给电网造成污染。电网电压经过EMI后进入整流桥，整流后变成半波电压，然后进入驱动器，驱动器把电压降到安全电压范围内，把功率因数ＰＦ值校正到０．９０以上，同时输出恒定的电流给LED灯工作使ＬＥＤ能正常工作。

图3-1 整体结构图

3.2 输入回路的设计

EMI滤波器的作用主要是抑制高次谐波，一般通过由串联电抗器和并联电容器组成一个低通滤波器。在实际中高次谐波是不可避免的，电源中存在的高次谐波通过电源线进入设备中去。而设备再运行过程中一会产生高次谐波，这些高次谐波也会从电源线传到电网上去。而EMI滤波器[14]的主要作用就变成了阻止电源线的高频信号进入设备，确保设备的正常工作，相反的，我们的设备在运行过程中也会产生高频的磁电信号，这些信号也能通过电源线进入电网，给电网造成污染。所以必须在设备之前加入EMI虑波器。EMI的这要框架如图3-2。

图3-2 EMI滤波器的基本框架图

3.3 输入回路的详细设计

一般的输入整流滤波电路有：保险丝（FUSE）、压敏电阻，浪涌电流抑制电路、滤

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波器。完整的输入回路如图2-3。

图2-3 完整的输入回路

保险丝（FUSE）：也叫熔丝，在电路出现故障造成电流过大甚至短路时会及时熔断开，能及时切断电源的电流通路。在选择熔丝最好选择延时型，延时型熔丝可以尽可能的选择小的额定电流。由于这次我设计的输出额定功率是60W。那么我选择1A的额定电流保险丝足够了。

压敏电阻：压敏电阻的作用主要是用来抑制来至电源的浪涌电压和瞬态的过电压，在半压或者全压范围内输入时，压敏电阻的额定电压一般选择470v。本设计是采用全压220VAc输入，所以压敏电阻采用470v 。

电感使用的是共模滤波电感，要求电感的量尽可能的大，同时，由于共模电感接在两条电源线上，要求电感产生的压降尽可能低，也就是要求共模电感中的差感量要低。

电感前面的C2电容荷电感后面的C10电容使用的是0.022uF安规电容，安规电容一般是用在滤波使用的，安规电容最大的特点；耐压值高，同时击穿的时候不会形成短路，不危及人身安全。所以可以用在输入电源线两端进行跨接。这两个电容也叫X电容，这类电容属于安全电容范围，一般跨接在输入线两端用来消除差模干扰。X电容实物如图3-4。

图3-4 X电容的形状

3.4 功率因数校正的实现

从有源和无源的角度区分，校正电路一般可以分为有源校正电路和无源校正电路。无源校正电路就是在电源输入端使用电容和电感的特殊属性进行电流电压的相位进行校正补偿。换句话就是说无源功率因数校正主要是利用电感和电容的延时超前特性组成一个特殊的滤波器，这个特殊滤波器通过将输入电流波形进行相移和整形以此来满足电流和电压的相位差要求。一般无源功率因数校正校正效果不是很理想，一般在0.9左右。尽管校正效果不是很理想单其也会有些比较突出的优点：成本低、可靠性高、 EMI小。但是由于市电的频率低只有50Hz，这个低频率会造成 L、C元器件的值比较大。元器件

12

的取值大就意味L、C的体积比较大。在一些对体积要求比较小而且重量也比较轻的应用场合无源功率因数校正电路就无法满足要求了。L和C组合还会容易形成LC振荡器能产生某个频率点的谐振而损坏用电设备[13]。

有源功率因数校正技术的基本工作原理：利用有源主控制电路，主控制电路实现特殊的功能使输入电流波形跟踪输入交流电压波形，实现输入电流的正弦化，同时与输入电压的相位差尽可能的小。有源功率因数校正电路功率因数PF值一般在0.90到0.99之间而且易实现，同时还可以做到把总谐波畸变率降到很低水平。电压工作电压可以在（ AC88～ 265V）范围内实现稳定的输出电压，体积小，重量轻。同时有源功率因数校正法也不能做到十全十美的，也会有一些缺点：电路结构方面比无源复杂很多，成本相比无源功率因数校技术也高，因为是有源控制器校正效率也略低一些，同时EMI比较大。目前技术和使用比较都比较成熟的APFC电路是是一个升压拓扑Boost转换器。升压拓扑的输出电压是会高于输入电压的峰值，一般输出在390V左右。高输出电压在一些要求低压输出供电的系统中Boost转换器难以使用。解决这一问题的主要办法就是对Boost转换器进行一些结构调整改造，实现了低压输出。同时实现高低压的安全电器隔离。

3.5 临界导通模式高 PF 反激变换器原理

输入交流电压经过全波整流桥堆得到周期为100赫兹的脉动电压，这个脉动电压经过串联电阻分压得到低压的脉动直流后进入主控芯片的内部模拟乘法器。输出电压同样经过串联电阻分压后得到低压取样电压，取样电压与参考基准电压比较后输入一个误差放大器，而误差放大器的输出直接进入主控芯片内部乘法器的另一端。L6562内部的误差放大器的带宽非常的小。比较器的同相端输入信号来自模拟乘法器的输出端，乘法器的输出端输出的是一个具有全波整流电压的参考值。比较器的反向端输入信号是从MOS管上采集到的电流信号。根据比较器的工作原理，当比较器反向的信号幅值高于同向的信号的幅值，比较器就输出低电平使得RS触发器就复位，RS复位MOS管关闭，MOS管关闭初级绕组的电流就为零。之前存在初级能量就传输到次级绕组输出，随着时间的推移次级的电流开始减小。当次级电流下降到一定程度时零检测电阻检测到电流下降到零时，这是RS触发就会被触发置位器输出高电平，MOS管就会开启导通。MOS管开通后电能又开始慢慢的存储在初级绕组，绕组电流也开始慢慢的上升。不断的重复这样的工作过程，就可以实现电压和电流的同步了。临界模式的反激式PFC转换器原理基本框架图如3-5：

13

图3-5 临界模式的转换器原理基本框架图

第四章 单级 PFC 反激功率因数校正电路设计

4.1主控芯片和整体电路的确定

本次设计使用ST意法半导体公司生产的L6562电源驱动芯片，作为单级PFC反激式功率因数校正电路的主控芯片。ST意法半导体公司生产的L6562内部的乘法器性能非常的优越可以用在宽电压范围的应用场合（88~265V）。这优越的乘法器性能能使得电路可以在THD值比较小条件获得很好的功率因数校正结果。这款芯片的另一大优点是只要几十微安的电流就可以启动了，所以L6562的待机功耗很低。芯片内部的的零点流检测ZCD口主要主要作用是实现功率管的关断控制功能。L6562的内部输出电路采用特殊的结构采用图腾柱，这种输出结构驱动能力可以达到400mA以上，可以满足直接驱动功率MOS管或者IGBT的驱动电流要求。芯片的内部结构如图3-6和引脚功能如表3-1。

图3-6 L6562内部结构图

14

滤波电路。

4.2 箝位电路网络设计

表3-1 L6562引脚功能表

图3-7 单级PFC反激式功率因数校正电路结构

馈环。R1、C1和D组成箝位电路。D1、D15、L2、C5、C6、C12、C15组成了次级的整流

R10和R11构成了初级电流采样电路。R5是次级电流过零点采样电路。R2是在刚上电是

限流，给芯片提供启动电压。R7是限流驱动MOS管。TL431和2N3904和PC817构成反

设计采用的箝位电路是RCD[15]电路，箝位电路主要是保护开关管，使其不至于关断

基于L6562反激式单级PFC电路结构如图3-7。电路包括EMI滤波器、保险丝、整

瞬间漏极的电压过高击穿了。Vc表示MOS关断的瞬间电压也就是箝位电容两端的电压，

流桥堆、驱动芯片、变压器、反馈环。R4、R6、R9、R12和C4构成输入电压采样电路。

15

Vr表示次级反射到初级的电压，Vbr(DSS)表示开关管漏极击穿电压V，Vinmax表示最大直流输入电压,△V表示漏感电压。则Vc的表达式：

Vc=Vr+△.................................. (4-2)

箝位电阻R可以由每个开关周期关在C电容两端的电压计算，所以Rmin的表达式(4-3)：

Rmin?1?V?fswmin?C?ln??1???V?Vc=0.9Vds-Vinmax=167V...........................(4-1)

?100k............................(4-3)

本设计采用5w 的100K金属氧化膜电阻作为箝位电阻。

箝位电容C的作用是吸收漏感能量时自身的脉动电压，所以它的值要与这个脉动电压适合。箝位电压的10%左右就是脉动电压。电容取得太大或者太小箝位电容就造成死负载现在的出现。效率降低了，电阻的温升很高。电容的表达式(4-4)：

[16]

c?llk?I?I?20nF...............................4..?(.4)

?V?(?V?2Vr)因为箝位电容要承受比较大的剑锋电流，所以电容的等效电阻很低，本设计使用高压瓷片电容20nF作为箝位电容。

RCD箝位阻塞二极管要求恢复时间很短，所以要求使用快恢复二极管。同时开启时间也要很短。由于实际上D导通的瞬间会产生一个尖峰电压，这个电压很高，远远超过了△V的值，所以要求二极管D的导通压降必须很低。所以本次设计使用FR157快恢复二极管作为箝位二极管使用。箝位元器件如表3-2.

表3-2 箝位元器件表

元件 取值 D管 FR157 高压瓷片电容C（单位；pF） 203 R(单位：K?) 100 4.3 反馈环的电路设计

L6562要实现稳定的电压输出，要求反馈脚1脚（INV）的电压保持2.4到2.75v之间,如果反馈脚的电压高于2.75v ,芯片就关断MOS管，知道反馈脚电压恢复了2.4到2.75v 之间，然后开启MOS管。因为要实现高低压的电气隔离，所以输出的电压不能直接反馈到1脚，所以我们必须加入隔离环节。因为LED灯使用的是恒流驱动，所以我这次设计的是限压恒流驱动，本设计反馈环使用的是TL431可调二端稳压管，PC817精密光耦隔离器和2N5551三极管。 4.4

限压环路的设计

限压环路的设计。TL431是可控精密稳压源。用两个电阻就可以任意的设置到从Verf（2.5V）到36V范围内的输出电压的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω。输出电压Vs可以通过电阻分压器R19、R20、R8和R14获得取样电压。与TL431中提供的2.50V

16

基准电压进行比较后产生误差电压，再经过光耦合器去改变流过R13和R16的电流，使得L6562的1脚上的电压改变，使频率改变，进而调节输出电压，使输出电压不高于设定电压计算公式（4-5）。

Vs=2.50*(R19+R20)/(R8+R14)................................（4-5） 在环中加入了电阻R25和C9，这两个器件的作用是给环路提供一个环路补偿。使反馈环更加的稳定和可靠。

4.5恒流环的设计

恒流环使用2N5551三极管设计。Q3的基极电压是由采样电阻R1提供的，当电流流过电阻R1时，会在R1上产生一个电压。当开始时这个电压小于Q3的开启电压0.7V时，三极管不开通，就没有电流流过PC817，没有电流流过，那么L6562的1脚就不会有电压，这会使得L6562一直改变频，使得流过采样电阻的电流增加，直在这个电阻上的电压足够开启Q3，当Q3开启后有电流流过PC817，L6562的1脚就会产生电压，当这个电压在2.45到2.75V之间就会保持开关管的频率和占空比不变，如果电压高于2.75V那么就会关闭MOS管，直到维持这个1脚的电压不变。输出电流Io(单位：A)计算表达式(4-6)如下：

Io=0.7/R1...............................................(4-6)

整个反馈环就这恒流和限压环一起工作，当输出电压Vo低于限压电压Vs时,环路工作在恒流模式，当输出电压高于设计电压时，就会启动限压环路，使得输出电压不至于过高。

4.6 输出滤波电容的设计

输出滤波电容的选择主要决定输出功率Po。而最大输出电压纹波△Vo和开关频率f决定的有关。功率因数校正电路的输出纹波电压△Vo主要有两部分决定：一是来自高频开关电压纹波，这个高频文波电压的大小主要与电容的等效串连阻抗ESR和电源的PCB的布板质量有关相关；二是功率因数校正电路工作模式在临界模式会导致输出两倍的工频纹波。电容的计算公式[16](4-8)如下：

C0?1??IoH2(Kv)??300uF....................（.4?8）

f??V0F2(Kv)单级PFC的响应速度是较慢，所以当负载突然变轻时，很可能会造成输出电压的过冲，减少这一问题的解决办法之一就是要求电容要有足够耐压裕量，实际中要考虑到体积，耐压可按大于输出过压保护点的1.5倍来确定。电容的等效串联阻抗对输出电压的工频纹波有一定的影响，但是这个影响极小的，所以一般我们就忽略这个影响。所以输出高频滤波电容要有足够的容量和耐压、还要考虑体积、工作温度及工作寿命。设计一般还要加入多颗小容量的电容的并联来减小等效串联阻抗ESR。由于我限压输出时65V，

17

所以按1.5倍算就电容的耐压在97V。实际中我们选取了250V的耐压值，所以我在设计时选取的滤波电容是用两个250V耐压220uF的电解电容和多个小瓷片电容并联使用的

[8]。

4.7 MOS管与输出整流二极管的确定

MOS管的选择。我们在选择时一定要留有的裕量用来能保证它们可靠地工作。一般的功率管我们选取MOS管N沟道增强型功率场效应管，IDmax是MOS管的最大漏极电流应大于流过MOS管所最大峰值电流，且有充分的裕量，漏极和源极击穿电压VDS表达式(4-9)：

VDS?Vpkmax?Vr??V.............................（4?9）

Vpkmax是最大输入峰值电压等于310V，Vr是反射电压约等于200V，△V是漏感电压，一般等于100V左右。所以按1.5倍算，MOS管选择了东芝的K3878，耐压是900V。

输出整流二极管的选择也必须能保证它们可靠地工作，因此它的要求没有CCM模式下的高。：IDmax是二极管的最大正向导通电流。IDmax的值应大于实际流过的最大峰值电流，同时要考虑一定的裕量，一般取计算值的1.5倍左右。同时我设计的电流是1A输出，电流的也要求三倍以上。所以选择了FR308快恢复二极管作为输整流二极管。

第五章 变压器的设计

5.1 高功率因数反激式变压器概述

反激式开关电源的一个非常重要的组成部分是反激式变压器，变压器实际上并不是真正意义上电压传输比的变压器，实际中更多地是一个特殊的能量存储电感的装置。换句话说就是一个有特殊结构的电感。它是一个有多组输出绕组的电感。在导通期间电源把把能量存储在电感的初级绕组中。在关断电源的能量不再传输，期间变压器存储的能量被传送给次级输出，从而实现能量的传递。

5.2 变压器的设计步骤

变压器的设计是一项很复杂和繁琐的工作。必须按照设计理论要求去设计才会设计出合理、传输效率高的变压器。有合理问题的电压器作为前提电源的控制环路才容易稳定。设计步骤如下：通过技术文档确定使用磁芯的材料、几何形状，然后确定磁芯的型号；在确定了型号后就得根据电源结构选择骨架的型号；通过理论计算来确定初级和和次级线圈的匝数比和铜线的规格。除此之外要得到理想的电感，还需要计算气隙。另外，在选择的变压器时必须考虑变压器是否适合装配和安全要求。

5.3 初步计算的变压器参数

在计算变压器具体参数之前要提前设定一些理想参数。最小输入电压的值，也就是

VACmin18

Vout

的值。最大输入电压。输入市电频率f1；设计输出电压：；设定最大输出电流：Iout；

fmin；最大输出纹波：?Vo。VACmax预设计最低工作频率：预设计变压器的反射电压：VR。预设计漏感电压：?V ；预期效率：η

[7]。

输入电压范围Vac 180~264V 输出电压Vo 64V 输入电网频率f 50Hz 最小开关频率fmin 20KHz 反射电压Vr 150V 漏感电压△V 70V

输出电压二倍的工频纹波幅度是△Vo 1V (峰峰值) 电源的期望效率 85% 输出直流电压Iout 1A

最小输入交流电压峰值VPKmin，其值可以由计算公式(5-1)求得：

VPKmin?1.414?VACmin?4?250V....................（..5?1）

最小峰值电压与反射电压的比值表示为Kv。Kv表达式可以通过提前设计的参数推导得到，所以Kv的值可以初步计算出

Kvmin?VPKmin?VR[16](5-2)：

? 2VACmin/VR?1.66...................（5?2）?在设计变压器的计算中的推导过程经常依赖和源于以下的两个特殊函数F2（KV）(5-2)和F1（KV）(5-3)分别如下：

...................(5-2) ..............................(5-3)

IPKP是变压器初级绕组的峰值电流。IRMSp是初级绕组的有效值电流，他们可分别由

以下的式子(5-4)和（5-5）的计算获得IPKP?2.2A，IRMSp?0.4A。

IPKP?2?Pin.........................（5?4）

VPKmin?F2(Kv) IRMSp?IPKP?F1(KV)...................................（5?5）

3通过上式的推导可以得到次级绕组的电流峰值和有效值计算方法和初级的计算方法一致可由以下式子（5-6）和式子（5-7）计算得到:

19

IPKS?2?Iout?6.2A..........................（5?6）

KV?F2(KV)F2(KV) ?2.7........................（5?7）3IRMSs?IPKS?KV?Dmax是MOS管驱动信号最大占空比值，可以由以下式子确定[9]:

Dmax?Vr?0.35..............................（5?8）

Vr?VPKmin在搞功率因数的电路中，变压器初级电感量的计算是非常重要的，一般使用最大初级电感量来衡量，经过推导可以得出初级电感最大量可以通过以下式子计算式子计算

[10]

:

LP?1F（2Kvmin）VPKmin?VPKmin ??..................................（5?9）21?KVminfmin?PinmacLp也可以等效为：

LP?VPKmin ?250uF..........................（5?10）(1?KVmin)?fmin?IPKP 5.4变压器的磁芯

在确定磁芯的选型之前需要前提设定一些条件。由于我们一般都是使用功率铁氧体作为磁芯材料，所以我们也设定变压器的材料是是典型的铁氧体（本设计采用TDK的PC40），PC40材料的磁芯饱磁通饱和一般超过0.35T。设定0.4作为绕组与窗口的比值，因为要留足够得隔离层的空间，爬电距离、余隙等空间。同时绕组的线径和绕线方法都很重要，绕线绕不好就容易变压器工作是有响声。本次设计使用的磁芯是PQ26/25，这个磁心可以做到100W输出。本次设计的反激式开关电源的初级线圈匝数由以下式子确定：

NP?VPKmin?Dmax.............................（5?11）

fmin?Ae??Bmax式中：Ae是磁芯截面积mm2；△Bmax是工作的最大磁通密度mT。PQ26/25的磁芯的磁芯截面积Ae为118mm2。最大磁通密度△Bmax=200mT。将以上的参数值代入公式5-11计算得到初级的匝数是35圈，次级使用15圈，辅助绕组4圈。

反激式变压器实现的是储能电感的作用，磁芯需要留有比较大的气隙用来满足这一功能[17]。气隙的预留目的是增大储能功能，同时防止磁芯饱和。变压器的气隙的确定比较麻烦和复杂的。气隙长度的计算往往是不考虑边沿磁通和磁芯磁阻变压器磁芯的，所以气隙长度的详细计算公式：

20

4??10?7?NP2?Ae1 lg??..............................（..5?12）LPAL公式中表示磁芯截面积mm2是Ae。Lp是初级电感uH。AL是指无气隙时电感系数nH/N2，代入简化得。

AL?LPNP2..................................（5?13）

这次设计变压器留的气隙经过我的设计大概是0.85mm。最后变压器详细设计参数如表5-1。

表5-1 变压器的详细设计参数表

项目名 磁芯名 Ae △Bmax 初级线径 次级线径 辅助绕组线径 初级圈数 次级绕组 辅助绕组 初级绕组电感量

数值 PQ25/26 118mm2 200mT 0.38mm 0.38mm 0.42mm 35圈 15圈 5圈 300uH 说明 PC40的材料（铁痒体） 磁芯截面积mm2 最大磁通密度 双股并饶 三股并饶 单线 初级绕组的圈数 次级绕组的圈数 辅助绕组的圈数 初级电感的电感量 第六章 硬件调试与总结

6.1 DXP的简介

在进行原理图的绘制和PCB的绘制时是借助DXP6.9软件。DXP 6.9 是Altium公司在EDA领域里推出的一款世界一流的的绘图软件。DXP6.9的前身在原来Protel 99SE，Altium公司在99SE的基础上进行改造和完善从而得到功能更加强悍的DXP 6.9，它应用最先进的软件设计方法。Protel DXP推出是依靠在前版本的构思，在其中进行了很大改进，变得更加的强大，增加了许多新的功能。可定制设计环境功能，可固定、浮动以及弹出面板等新功能都是DXP 6.9的新增功能，与此同时她还有强大的过滤和对象定位功能。用户界面也得到很大的优化，操作界面变得更加的人性和美观。所有设计工具集于一身的板级设计系统是DXP 6.9特有的专利发明。根据这个解决了从最初的项目模块规划到最终形成生产数据，都可以按照设计者自己的设计方式实现。Protel DXP运行在优化的设计浏览器是DXP的运行平台，在这个平台上具备当今所有电子设计软件的设计特点，从而可以处理处理各种复杂的PCB，让设计师设计出性能极佳的PCB板。设计输

21

如下图6-1。

（3）2脚的电压2.75V

（4）4脚电压1.0到1.2V

6.4 实际的调试结果

（2）1脚的反馈信号2.5到2.65V之间

6.3 L6562的调试要点

（5）5脚的电压3.5到3.9V

6.2 使用DXP进行原理图和PCB的设计步骤

封装库，以便后面进行原理图的详细设计。第四步是画好相应的元件和元器件封装。第

设计一个工程的一般步骤是:第一步首先得建立一个工程；第二步是在这个工程目

五步是画原理图。第六步是导过生成PCB文件。第七步是在PCB图上进行布线。原理图

入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术是电子设计

录下新建需要的原理图文件和PCB文件：第三步是建立和完善原理图元件库和PCB元件

者的重要辅助技能。总而言之Protel DXP为电子设计师提供了全面的PCB设计手段。

（1）保障内部乘法器输入在1.7到2.5V之间

图6-1 原理图

22

本次调试的主要是调节输入电压的采样值和开关管的电流采样值，确保两者配合，保障内部乘法器工作在合适的电压范围。保障电流和电压的同步。实际的调试结果和理论值有着很大的差别，再设计与调试的时候要求我们参考理论值调试，各项参数要往理论值的范围靠拢。测量L6562各引脚的实际参数值如下表6-1。

表6-1 L6562引脚实际测量值

管脚 测量值 1脚 2脚 3脚 4脚 5脚 6脚 7脚 8脚 最大值（单位：V） 2.75 3.00 2.50 1.50 4.20 0.00 14.50 18.01 最小值（单位：V） 2.40 2.40 0.20 0.60 2.90 0.00 -0.20 11.20 平均值（单位：V） 2.53 2.75 1.20 1.10 3.60 0.00 16.30 6.5 调试波形

使用LINI-T UTD2122CM数字示波器进行原理的验证和波形的查看与分析。可以通过查看输入电压和电流的波形，从而测出两者的相位差。观察L6562的驱动波形。电流和电压波形如图6-2。L6562的驱动脚波形如图6-3。功率计的测量数据如图6-4。

图6-2 输入电压和电流的波形

23

图6-3 驱动脚的波形

图6-4 功率计的测量数据 6.6 调试结果与分析

这次设计总体能达到设计之前的指标和任务，这次设计时实现高功率因素的照明电路。现在社会很加注重节能和高效，一般的照明已经慢慢的退出人们的视线。毕业设计

24

是室内照明系统的驱动电源的设计方案进行理论的计算和实物的验证。本设计主要对使用有源功率因数校正芯片L6562进行单端反激式开关电源方案进行研究，研究其如何能够实现高PF。L6562是一款性价比很高的有源功率因数校正控制器，校正时电流工作在断续模式下。调试的时候主要是对采样电压和采样电流的值进行调试和验证。

设计做到了在全压220VAC输入时，能够稳定输出1A电流，同时功率因数也达到0.93。本次设计圆满的我们完成了我们的要求。下图是调试的详细参数如表6-1。

表6-1 调试参数详细参数

测量序输入电输入功输出电输出电输出功效率? 号 压Vac率Pin压Vo（单流Io（单率Po（单（单位：（单位：位;V） V） 1 2 3 4 5 6 220 220 230 218 215 209 W） 69.67 70.96 68.51 72.86 74.93 73.52 63.5 63.4 62.4 63.9 64.2 62.9 0.94 0.93 0.95 0.96 0.96 1.02 59.22 58.90 58.92 60.48 61.45 63.23 85% 83% 86% 83% 82% 86% 位：A） 位：W） 功率因数 0.902 0.920 0.936 0.925 0.941 0.933 第七章 总结与展望

7.1 总结

LED得以逐步普及是得益于LED灯环保、使用寿命长、光电效率高、不易损坏、颜色多样性等优点。但是阻碍LED灯普及的脚步的却是它的驱动问题。使用直流驱动就使得LED的照明成本增加。归根到底就是LED灯的驱动电源的成本和实际的性价比问题。

本论文的的主要内容就是研究单级反激式PFC为LED灯驱动电源的可行性问题，同时研究分析在开关电源方面的安全可靠性问题。在论文终不仅仅探讨了高功率因数的LED灯驱动器的工作原理，而且好分析和研究了其的发展现状和未来市场需求问题；根据市场需求去设计出不仅满足安全隔离低成本、同时还满足高功率因数的驱动电源是我们研究的主要目的，通过理论分析和实际设计相结合的方法对单级PFC进行了分析，分析的结果告诉我们单级PFC反激式开关电源可以很好的作为LED驱动电源。在研究设计时单级PFC电源的变压器、箝位电路、驱动电路、输出整流电路进行详细的理论设计和实际设计论证研究，最终设计出了适合LED串并混连单级PFC反激式高功率驱动电源。该驱动电源主要有以下特点：

（1）根据单级降压的模式设计出符合高频电源的要求的60W的LED电源。在功率因素校正模式时采用了临界导通模式实现高功率因数校正，不仅仅是实现了功率因数的校正，同时还完成降压和高低压的电气安全隔离；这样的电路结构能为LED提供精确恒定

25

的电流，同时保证了LED发光亮度的稳定性和安全性。

（2）在反馈环中采用的是恒流限压设计方案，这个方案满足LED驱动的特殊要求。在电源的热设计方面也加入了考虑，实现了良好散热，保障电源的可靠性和安全性。 （3）开关电源都存在漏感问题，在本次设计中改进了箝位电路，这使得系统的效率更加高，也最大化降低系统的电磁干扰问题，箝位电路变得更加的可靠性和安全。电源必须要经过EMC的检查，所以为了降低电源的EMI，本次设计对电源变压器进行了优化设计。对单级PFC电磁干扰进行详细分析原理分析，设计出适合单级PFC的EMI滤波器。

7.2 未来展望

（1）变压器都存在漏感的问题，这个漏感现象会使得电源的整体效率下降，同时对周围环境还有一定的干扰，是不好的一部分。解决这个问题的方法之一就是在变压器部位加入箝位电路，这样可以降低漏感，降低变压器的升温，使得电源更加的适合作为LED的驱动电源。

（2）在实际需求中存在一些要求体积极小的场合，所以我们必须想法设法的去解决体积问题。提高开关管的工作频率，把开关电源的的工作密度整体提高，这样就带来一个问题，变压器和驱动电路都提出体积的要求，这要求必须重新设计变压器和驱动电路以此来满足体积的要求。体积变小同时工作频率变高，这就会使得开关管的损耗增加，解决这个问题可以使用智能芯片来实现软开关技术，解决开关管损耗过大的问题。

（3）电源是工作在比较宽的电压范围的，临界模式能实现把功率因数校正到0.9以上。但是临界模式会出现很强的电磁干扰，这给周围仪器设备带来影响甚至损坏。这对EMI滤波器提出了很高的要求。要求设计出高质量的EMI滤波器就必须选用更优质的新型磁芯。

参考文献

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附录一（实物图）

夜间LED灯工作情况

实物图

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PCB图

原理图

附录二（原理图和PCB图）

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致谢

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