李昊东
（安徽工业大学 电气与信息工程学院，安徽 马鞍山 243032）
基金项目：2013年安徽省大学生创新训练计划（201310360303）资助项目
1 引言
LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代.LED球泡灯具与白炽灯比较，其最大的发展动力就是节能环保的优势.但是由于成本过高，导致价格要比传统灯具高了几个档次，且其驱动电源的寿命远低于LED灯珠寿命，使得整个LED灯具寿命受限.LED驱动电源可以说是LED照明设备的心脏，LED驱动电源的长使用寿命、节能环保的特点决定其对LED驱动电源的寿命、功率因数、谐波含量、效率、发热量等设计指标必然要求越来越高.本文提出的基于TI公司的LM3429控制芯片的LED驱动电源设计，具有长寿命、低成本和高效率等优点.
2 LED驱动电源电路工作原理分析
2.1 核心元件概述
LM3429是一款高性能、多用途LED驱动芯片.如图1所示为芯片的原理框图所示：输入电压范围为4.5V到75V，可以配置成降压，升压，升/降压或SEPIC拓扑，输入和输出的工作电压额定值为75V，内部的PWM控制器可调开关频率高达2MHz.同时还集成了精密的基准电压，用于快速PWM调光的逻辑兼容DIM输入，LM3429具有完善的保护功能，包括过电压保护（OVP）、过流保护（OCP）、环流限制（CCL）.
2.2 基于LM3429芯片的驱动电源电路原理图
根据LED驱动电路的原理框图，设计了如图2所示的基于LM3429芯片的6W LED驱动电源原理图，该驱动电源LED负载用6只功率为1W的LED管串联，每只LED管电压额定值为3.5V、电流额定值为0.3A，整个LED模组的功率约为6W.
2.3 基于LM3429芯片的60W驱动电源原理分析
2.3.1 开关频率
如图3所示，在boost和buck-boost拓扑结构中，连接在RCT引脚和开关节点的RT与在GND和RCT间的CT设置TOFF，VIN按比例决定开关频率的稳定.
2.3.2 LED平均电流
如图4所示，LM3429应用外部检测电阻RSNS将LED电流ILED转变成电压VSNS，HSP和HSN引脚是高边检测放大器的输入引脚，此放大器通过负反馈迫使VHSP与VHSN大小相等.这样，就会产生电流ICSH，经过电阻RCSH流出CSH引脚.这样，就可以计算得到ICSH、VSNS、ILED.
2.3.3 电流检测与限制
如图5所示，LM3429利用比较器监测晶体管电流的方式实现了峰值电流模式控制，并与COMP引脚电压相比较.另外，它采用了周期循环过流保护功能.如果电流检测比较器输入的电压超过245mV，则立即终止循环.
2.3.4 过压保护
如图6所示，LM3429可以通过OVP引脚设定输入输出过电压的状态，这个引脚可以精确到1.24V，同时有20？滋A的滞后电流.
2.3.5 输入欠压保护
如图7所示，nDIM是既可以提供1.24V的门槛电压，同时具有可设计滞后作用的双重功能引脚.这个引脚既可以作为PWM调光的输入，也具有输入欠电压保护功能.
2.3.6 PWM调光
如图8所示，PWM信号可以为nDIM引脚提供驱动信号，LED的亮度可以随着占空比的变化而变化，如：30%的占空比对应30%的LED亮度.
3 基于LM3429的LED驱动电源参数设计
从上面的分析可知，一款高效、安全、稳定的LED驱动电源的设计需要各个参量相互配合，本文重点介绍各个参量的准确计算方法与过程.
3.1 输出电压和LED动态电阻为
3.2 假设CT的值为1nF，开关频率fSW和RT为
3.3 设定LED平均电流ILED为1A，电流检测电阻RSNS为
3.4 峰值电流为
最接近0.041Ω的电阻值为0.04Ω，所以，峰值电流为
3.5 输入电容为
为了减小提供功率的相互影响，使用电容的值为14μF，因此脉动电压值会更小.因为高压陶瓷电容选择受限，只能选用3个4.7μF的贴片陶瓷电容.
3.6 场效应管NFET电压等级至少应该比漏极源极电压VTMAX的最大值高15%
所以选用100V，32A的NFET.
3.7 二极管的电压等级和电流等级
选用100V，12A，VD=600mV的二极管.
3.8 输入欠电压保护是由开启门限电压和期望滞后电压 决定的
3.9 输出过电压是由关闭门限电压和期望滞后电压VHYSO决定的
4 结语
本文详细分析了LM3429芯片的工作原理及特性，结合芯片性价比高、外围电路简单、性能指标突出等特点设计了节能高效的6W LED驱动电源，经过严格的参数整定，在实际样品测试结果中各项性能达到设计要求.同时，本设计也可为其他开关电源设计提供参考或直接借用.
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