基于SA7527的LED驱动电源设计

　　在目前的LED驱动电源设计过程中，我们所设计的LED电源产品需要符合恒流驱动的要求，这样才能最大限度的适应不同工作环境的要求。在今天的LED驱动电源方案分享中，我们将会为大家分享一种基于SA7527的电源设计方案，希望能够通过本文的分享，对各位工程师们的研发工作有所帮助。

　　在本文中，我们所设计的这一基于SA7527的LED电源自适应驱动方案，其总体的设计框图如下图图1所示。

图1 基于SA7527的LED自适应驱动框图

　　在本方案设计的该种LED电源运行过程中，其本身的工作原理可以总结为：接通电源后，市电经过50Hz整流被送入由高频变压器初级绕组和开关管组成的主回路。之后，经高频变压、整流得到所需的输出。这种利用SA7527芯片所设计出的LED驱动电源，周边电路简洁，且具有低浪涌电流、高功率因素、低成本的特点。该电源方案还具备宽电压输入范围、恒流/恒压特性以及具有自动光衰补偿功能。

　　在本方案中，我们所设计的恒流驱动LED电源，其主控制芯片所采用的是8脚封装SA7527。SA7527的功能非常强大，它除了通用的PWM控制芯片的功能外，还提供了内置R/C滤波器、启动定时器、过电压保护、零电流检测、乘法器、内部带隙基准以及特殊防击穿电路等功能，这种控制芯片的内部框图如下图图2所示。

图2 SA7527内部框图

　　高频变压器设计

　　在完成了对控制芯片的选择和LED电源系统框图的设计后，接下来我们需要进行该电源方案的高频变压器设计和参数计算。根据开关电源高频变压器的基本理论，当输出功率25W，开关频率取30kHz时，选定变压器磁心为EI25磁心。这种结构的磁心具有线圈绕制方便、分布参数影响小、磁心窗口利用率高、散热性好、系统绝缘可靠等优点。同时，我们需要考虑到线包损耗与温升问题，因此在本方案中，我们把电流密度定为4A/mm²，那么，初级和次级用<0.41线径的漆包线绕制，反馈用<0.19漆包线。计算输入/输出电压比例关系确定初/次级匝数比为：120:40，另外再加8匝SA7527反馈绕组。

　　在该种LED恒流驱动电源的高频变压器设计过程中，为了进一步减小分布参数的影响，在结构设计方面，我们所设计的初级线圈采用双线并绕连接的结构，次级采用分段绕制，串联相接的方式。在变压器的绝缘方面，线圈绝缘选用抗电强度高、介质损耗低的复合纤维绝缘纸。

　　宽电压输入

　　在本方案中，我们所设计的该种LED驱动电源需要符合恒流驱动的设计要求，因此，在宽电压输入的要取值计算方面，把输入整流高压取样信号与输出的检测电压分别输入SA7527乘积运算的两输入端3脚和2脚（MUL端子和SO端子），运算结果作为PWM的控制信号。当输入电压降低时，乘积运算的结果减小，使PWM脉宽输出增大，保证了在宽输入范围条件下输出的稳定。由于控制芯片SA7527乘法器MUL端子的电压输入范围为0～3.8V，为了保证输入电压的宽范围，这里我们设正常工作电压2V（近似中间值）。因此，高压分压电阻比可以通过下式计算为：

　　这里需要注意的是，在该公式中我们取值的270V近似为正常220V交流输入的全波整流滤波后的电压值，此时，由于MUL端的输入电流最大为5μA，若该取样电路的功率为1/8W，那么R5+R1≥900kΩ。因此，本设计方案中，我们取R1=2.7MΩ，R5=27kΩ。

　　恒流恒压功能设计

　　在本方案所设计的电路系统中，利用输出端的电流取样和电压取样信号，通过光电耦合器件反馈到SA7527的反向控制输入端1脚(INV端子)。当输出电流的取样电阻压降超过0.7V时，流过光耦的电流主要受开关电源输出电流大小控制，此时开关电源工作在恒流输出状态;否则为恒压输出状态，并且输出电压大小取决于精密三端稳压TL431稳压大小。这样的自动恒流/恒压特性有利地保护了LED出现开路以及短路时可能导致的连锁性破坏。

　　在本方案中，为了能够更进一步的提升该种LED电源的横流恒压功能，我们所选用的反馈信号隔离器是光电耦合器PC817，它的电流传输比为1：1，工作电压VCE>1V，正向工作电流IF>1mA。由于INV端子正常工作电压为2.5V，若取电流/电压转换电阻R10=1kΩ，则光耦的前向工作的电流IF=2.5mA。因此，由三极管Q3、电流取样电阻R18和光耦PC817组成恒流反馈环节。当输出电流变化时，取样电阻R18的压降引起Q3基极电压的改变，使得通过光耦PC817的电流发生改变，从而达到稳流的目的。恒压输出大小由TL431精密稳压源确定。该稳压器的基准电压为2.5V，并且工作电流IRCE1mA，那么开关电源恒压输出时电压为：

　　根据输出恒压的大小以及电阻的功率我们可以确定R17，R19的取值。

　　自动光衰补偿功能

　　接下来我们来看一下这种采用了SA7527的LED驱动电源，是如何进行自动光衰补偿功能设计的。在本方案中，由于PN结温度升高以及工作时间的增加将引起输出光通量减低，而驱动电流适当增大则可提高输出光通量。因此，为保持输出光强稳定性，我们可以选择利用光敏电阻RW和温敏电阻RT实现光衰的自动补偿。当RT检测到LED工作温度升高时，MUL端子对地的等效电阻降低，MUL端子输入信号变小，使得输出电流大小随温度的升高而有所上升，有效地补偿了温度升高后LED光通量减低的矛盾。

　　除此之外，还有一个问题需要工程师特别注意，那就是在该系统中，PN结温度的升高将会引起PN结压降的升高，驱动电源可能过早的从恒流转入恒压工作的情况，从而影响LED光通量的稳定性。为了避免发生这种情况，我们可以在输出端子引入恒压输出电压补偿端子，当温度升高时，适当提高恒压启动的转折点电压，从而可靠的实现恒流/恒压功能。

　　应用实例分析

　　为了测试该种LED驱动电源的工作运行情况，我们依据上文中的设计理念制作了一台样机，并进行了照明测试。在本次的测试中，我们使用100颗Φ10-LED，采用的阵列形式联接，并均匀的镶嵌在600mm×600mm的铝塑天花板上。对开发的25W办公照明驱动电路进行实际测试。下图图3是本次设计的LED驱动电源样机内部电路图，样机的输出功率为约25W，工作电压约为63V，驱动电流约为400mA。在标准负载条件下，依据该电路图所制作的LED电源样机，其功率因素为0.92，效率为87.5%，电压输入范围达82～290V，自动恒流精度±0.4mA，过电压自动转入恒压功能，随着温敏电阻阻值的变化，恒流输出电流值发生相应的改变，最大变化幅度为8mA。

图3 基于SA7527的LED驱动电源

　　在这一LED驱动电源实际运行工作时，我们所设计的该种基于SA7527的LED电源，其本身输出的恒流大小设定为单颗LED电流72mA，当LED结温升高引起光强度降低时，该种设计非常有利于加大恒流输出电流大小对光衰进行补偿。实际测试表明，在测试中LED的中心光强为346lx，并且随着LED温度的升高中心光强衰减低于3%。