总体方案集成设计是驱动电源设计的关键,方案是否合理往往决定了电源设计的成败。
1.电源总体架构设计
(1)AC/DC还是DC/DC结构
主要根据输入条件为交流还是直流来选择。
(2)单级还是多级结构
主要根据功率等级、性能、体积、成本等要求进行选择,一般功率较小、性能要求不是很苛刻、体积要求小时选单级结构,成本也较低,但性能指标数量多、要求高时很难兼顾。多级结构可将复杂的性能要求分而治之,一般前级为恒压输出,同时集中解决与输入条件有关的功能及性能要求,如交流输入时的EMC、PFC、隔离、输入侧保护等;后级为恒流/恒压输出,同时解决与输出有关的功能及性能要求,如输出滤波、保护、调光、控制等。多级结构容易实现综合高性能,但电路复杂,各级均有独立的控制芯片,体积较大,成本也高。
(3)单路还是多路输出结构
主要根据功率等级、负载结构等要求进行选择,功率小时一般采用单路输出结构,成本低、体积小;但当功率较大时,如果LED负载可以模块化,那么最好采用多路输出为各模块独立供电,这样可以有效降低主电路元器件的电流/电压及功率等级,元器件选型、散热处理、维修维护都较容易,而且功率等级降低后主电路拓扑的选择余地也大。
(4)采样反馈形式
主要根据输出控制要求选择电流采样、电压采样还是电压/电流复合采样;采样还需考虑是否需要隔离;有变压器时还需选择一次侧反馈还是二次侧反馈,一般一次侧反馈电路简单,但因为是间接控制所以控制精度不够高,而二次侧反馈则相反。(www.daowen.com)
2.主电路拓扑设计
由2.3节AC/DC型和DC/DC型驱动电源基本原理可知,AC/DC结构主要在DC/DC结构的前端加了EMI、整流滤波、PFC等模块,而且这些模块电路结构形式相对比较固定,因此主电路拓扑的设计重点在于DC/DC拓扑的选择。主要根据电路功率等级、输入输出直流电压范围、是否需要隔离、效率要求等,结合第3章介绍的各种DC/DC拓扑电路的特点和适用范围进行选择,有时还需要考虑其他约束条件,如体积限制、散热条件、适配的控制芯片等。
3.电源控制芯片选择
每个控制芯片都有适用的主拓扑电路形式,因此主要根据上面确定的主拓扑电路选择控制芯片。另外,需要考虑的重要因素包括,芯片适用的功率范围和输入输出范围应满足电路的功率等级、输入条件和输出要求;芯片工作参数应满足电路工作电压、工作电流等级;芯片控制信号调制形式和工作方式应满足输出精度要求;芯片应满足要求的输出控制形式及保护功能;如需调光,还需有调光功能及合适的调光方式;芯片工作方式还会影响电路的EMI、PFC、效率等。此外,成本、体积、自身功耗等其他因素也应考虑。有时,为了充分利用某个芯片的独特性能,可以修改不适合该芯片的主拓扑电路,如通过修改前级恒压电路的输出电压,可以将后级DC/DC主拓扑改为升压或降压形式。
4.其他功能模块设计
设计好电源总体架构、主电路拓扑和电源控制芯片后,可以根据电源其他功能要求,添加相应的功能模块,完成总体方案集成。
5.集成设计
驱动电源一般要求多种功能和性能同时满足,如效率、功率因数、电磁兼容、恒流/恒压精度、保护、散热、可靠性等,因此设计方案时不是功能模块的简单堆砌,而是要各模块有主有次、统筹兼顾、均衡折中,从而融合成一个整体,实现综合集成;此外,有些特殊应用场合对个别性能指标要求特别高,此时总体方案设计时应向该指标倾斜,因为能满足超常规指标的方案选择面较小,由此引起的其他性能指标的下降可通过其他手段补偿。
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