LED路灯高效率电源驱动器设计方案

电流。当CT1 中的电流下降到零时，CT2 将把M1 关断。因此，此方案以电压信号控制Mos 管导通，电流信号控制Mos 管关断，不仅效率高，而且工作稳定，不存在误开通的情况。下面将对这种驱动方案的工作过程做详细分析。

1）第一阶段，变压器一次侧Mos 管关断，电流从变压器的一次侧换流到二次侧。T3 绕组通过CT1 , M1 为输出电容器C3 充电。T3 绕组的输出电压被钳位于C3 两端电压（在本应用中约为52V）。

由于T4 绕组为变压器的一个辅助绕组，因此，同名端B 点的电压比例上升至一个高电压（在此应用中约为10V）。则B 点电压通过二极管D2 为电容器C1、C4 充电。其中，电容器C4 为Mos 管M1 的门极输入电容，通常小于1nF , 以虚线示出。电容器C1为外加电容，取C4 电容值的10 倍以上。由于C4 远小于C1 , 并且电容值很小，根据电容器的串联分压原理，C 点电压很快被充至近10V , M1 导通。同时，电流互感器CT 中的能量从绕组CT2 通过二极管D1 馈入输出电容器C3 , 降低了开关驱动损耗，D 点电压也被钳制在约52V。

2）第二阶段，流经D1 的电流降为0 , 此时流经CT1 的电流降为Ioff 。D1 关断，D 点电压开始降低，最终使PNP 型三极管Q1 导通，C4 上的电被放掉，C 点变为低电压，M1 关断，同步整流结束。由于此时Ioff > 0 , 变压器二次侧的充电过程仍未结束，改经M1 的寄生体二极管续流，A 点、B 点仍为高电压。由于C4 被Q1 短路，T4 通过D2、Q1 为C1 充电，直到C1 被充满。值得注意的是，C1 之所以选用电容而不使用电阻，一方面保证了第一阶段中对C4 的快速充电，另一方面使得第二阶段中Q1 导通后在其上的损耗得以降低，提高了驱动的效率。

3）第三阶段，变压器一次侧Mos 管再次导通，A 点、B 点为负电压，PNP 三极管Q2 导通，C1 被放电，保证了下一周期能够再次正常工作。C 点电压保持在低电压，不会造成M1 的误开通。值得注意的是，在每个周期中，C1 都会被反复冲放电。其损耗由公式P = 1/2 CU2 f 可得。其中，设C = 10nF ,U = 10V , f = 100kHz。因此P = 50mW, 此即在C1上损耗的功率。当变压器一次侧Mos 管在一段时间后再次关断后，新的一个周期开始。

这种新型的同步整流方案具有如下特点： 1）可以广泛适用于各种输出电压。2）电路结构和原理较为简单。3）驱动损耗小，效率高。4）电路确定性好，无误动作。电路在PSpice 下的Mos 管电流波形和门极驱动电压波形的仿真结果如图4 所示。

图4 Mos 管电流波形和门极驱动电压波形的Pspice 仿真结果

2.4 变压器设计

高频变压器作为隔离型电源中必不可少的组件，在提升效率方面所起的作用也是不容忽视的。变压器的损耗主要分为铜损、铁损及漏感造成的损耗三大块。

铜损是指变压器线圈电阻所引起的损耗。当电流通过线圈电阻发热时，一部分电能就转变为热能而损耗。在低频时，变压器的铜损主要是铜导线的直流电阻造成的，但工作在50kHz～100kHz 的高频电源变压器则必须考虑到集肤和邻近效应。为减小两者带来的交流铜阻变大的现象，可以采取用里兹线替代单股粗铜线绕制变压器，一次侧线圈与二次侧线圈交错绕制等方法。

铁损即磁芯损耗，包括磁滞损耗、涡流损耗和残留损耗。其大小由公式Pc = Kp ×Bn ×f m ×vol所决定。其中，B 为铁芯中的工作磁感应强度，f 为工作频率，vol 为铁芯体积。Kp , n , m 则为与铁芯材料有关的常数。要减小铁损，可以在增加线圈匝数的同时增大气隙，以此来减小工作磁通，但最根本的措施还是选用更好的磁芯材料。

另外要使铁损与铜损之和最小，必须满足以下两个条件： 1）铁损= 铜损。2）原边铜损= 副边铜损。

变压器损耗的另一重要组成部分则是由漏感造成的。漏感Lσ 上损耗的功率由公式P = 1P2LσI2 f确定。其中，I 为变压器一次侧的峰值电流，f 为开关频率。漏感的存在使初级Mos 管上需要承受更大的电压应力。而在反射电压一定的条件下，漏感越大，则变压器的效率越低 。要减小变压器的漏感，需要从铁芯结构的选取，气隙的位置，绕组绕制的方式等方面综合考虑。

近年来，平面变压器作为一种新的变压器技术正在日趋成熟。该变压器使用的是高度较低，底部面积较大的平面磁芯。同常规的漆包线绕组不同，该变压器的绕组是利用印制板上的螺旋形印制线来实现的。与传统变压器相比，平面变压器具有效率高、工作频率高、体积小、漏感小、热传导性好、一致性好等众多特点。虽然其目前在国内还面临着成本较高、技术仍不完善等缺陷，但随着进一步的发展，平面变压器必将在一些高端应用中取代传统变压器。

3 实验结果与总结

根据以上分