SA7527实现LED照明驱动电路
本文利用sa7527芯片，设计了一款led日光灯驱动电路，对电路各部分进行了分析。该电路的拓扑结构采用的是反激变换器，并采用可式精密并联稳压器tl431配合双运算放大器lm358和光耦el817构成闭环反馈，实现了恒流恒压输出。该电路具有简单、输入电压范围宽、成本低、性能良好、工作稳定可靠等优点。
一、电路的设计
1.电路组成
全电路由抗浪涌保护、emi 滤波、全桥整流、反激式变换器、pwmled驱动控制器、闭环反馈电路组成，如图1。
图1 基于sa7527的led驱动电路框图
2.主电路分析
主电路如图2所示。从ac220v看去，交流市电入口接有熔丝f1和抗浪涌的压敏电阻rv1，熔丝起到线路输入电路过流保护的作用，压敏电阻rv1用来抑制来自电网的瞬时高电压保护输入线路的安全，之后是emi滤波器，l1，l2，c1是共模滤波器，l3，l4，c2是差模滤波器，db107是全桥整流电路，c13是一个电容滤波器，经过整流后的电压(电流)仍然是有脉冲的直流电。为了减少波动，通常要加滤波器，由r19，c8，d5组成的rcd缓冲电路是为了防止功率管q1在关断过程中承受大反压，缓冲电路的二极管一般选择快速恢复二极管。
输出滤波器c10，c11，c12并联是为了减少电压纹波。
本电路的特点： ( 1 ) 宽电压输入范围;(2)恒流/恒压特性;(3)由lm358组成的输出反馈取样与恒流/恒压控制电路，成本低，控制精度高，调试简单; (4)本电路可以驱动不同功率的led。
3.启动电路的设计
启动电路如图2所示。为了使电路正常启动，应该在整流桥整流后的变压器初级线圈与sa7527的供电电压端8脚之间连接一个启动电阻r20，并在8脚与地之间连接一个启动电容c9。接通电源时，流过启动电阻r20的电流对启动电容c9充电。当c9的充电电压达到启动门限电压(典型值为11.5v)后，sa7527导通，并驱动功率管q1开始工作。整流后电压的最大值和最小值分别用u imax和u imin来表示，i stmax为最大启动电流，v th(st)max为启动门限电压最大值，启动电阻r20由下列公式(1)和公式(2)来确定，该电阻应选择功率电阻，最大消耗功率不能超过1w。
图2 主电路和启动电路
启动电容c9应由下式来确定：
式中，i dcc为动态工作电流;f ac为交流电网频率;hy (st)为欠电压锁定滞后电压。
4.控制电路的设计
4.1芯片介绍
sa7527是一个简单而且高效的功率因子校正芯片。此电路适用于电子镇流器和所需体积小、功耗低、外围器件少的高密度电源。
4.2控制方法的分析
控制电路如图3所示。该控制电路是峰值电流控制模式，当功率管q1导通时，二极管d6，d7截止，变压器t1的原边电感电流线性上升，当电流上升到乘法器输出电流基准时关断功率管q1;当功率管q1关断时，二极管d6，d7导通，电感电流从峰值开始线性下降，一旦电感电流降到零时，被零电流检测电阻检测到，功率管q1再次导通，开始一个新的开关周期，如此反复。
图3 控制电路
4.3零电流检测电阻的设计
零电流检测端外围电路如图4所示。mosfet功率管利用零电流检测器导通，并且在峰值电感电流达到由乘法器输出设定的门限电平时关断。
图4 零电流检测端外围电路
一旦电感电流沿向下的斜坡降至零电平，sa7527的零电流检测器通过连接于5脚的变压器副绕组电压极性的反转进行检测，sa7527的7脚产生输出，驱动mosfet功率管又开始导通。当电感电流沿向上的斜坡从零增加到峰值之后，mosfet功率管则开始关断。直到电感电流降至零之前，mosfet功率管一直截止。由芯片介绍资料可知，零电流检测端电流最大不能超过3ma，因此零电流检测电阻r25由下式来确定。
式中，vcc为芯片供电电压。
4.4输入电压检测电阻的设计
乘法器外围电路如图5所示。交流输入经整流后得到一个半波正弦形状的电压波形，为了使输入电流较好地跟踪输入电压波形，我们要在交流输入整流后进行电压采样，经电阻r21和r22分压后，电压约缩小100倍输入到sa7527的3脚，在电阻r2并联一个电容c15除整流后的电压纹波。由芯片的内部结构可知，乘法器输入端3脚电压在3.8v以下可以保证较好的功率因数校正效果。
图5 乘法器外围电路
因此应满足3脚的最大输入电压不超过3.8v，即：
4.5电流感应电阻的设计
电流检测外围电路如图6所示。
图6 电流检测外围电路
电路采用峰值电流检测法，因此在mosfet功率管的源极与地之间接上一个电流感应电阻r24，mosfet功率管的源极端接在sa7527的电流感应端4脚cs端，一般的应用电路中会在电流感应电阻后接上一个rc滤波电路以滤去开关电流的尖峰，因为sa7527芯片内部已经有rc滤波电路，所以这里不必加外围rc滤波电路，从而减少了sa7527的外部元件数量。电流感测比较器采用rs锁存结构，可以保证在给定的周期之内在驱动输出端仅有一个信号脉冲出现。当电流感应电阻两端的感应电压超过了乘法器的输出端门限电压时，电流感应比较器就会关断mosfet功率管并且复位pwm锁存器。电感电流的峰值在正常情况下由乘法器的输出vmo来控制，但压是当在输入电压太高或者输出电压误差放大器检测出现问题时，电流感应端的门限电值就会在内部被钳位在1.8v。这是由于芯片内部的电流感应比较器的反相输入端接有一个1.8v的稳压二极管，因此电流感应电阻的取值要满足公式(6)和公式(7)两个条件。
其中
k为乘法器增益，δvm2 =vm2 -vref ，为电压误差放大器的输出与芯片内部参考电压的差值。
4.6闭环反馈电路的设计
闭环反馈电路如图7所示。该电路是一个恒流恒压输出电路，它是由双运放lm358和tl431构成的电流控制环和电压控制环，先恒流后恒压，先是电流采样，d2导通，d1截止，实现恒流，然后是电压采样，d1导通，d2截止，实现恒压。
图7 闭环反馈电路
电流控制环：tl431是精密电压调整器，阴极k与控制极r直接短路构成精密的2.5v基准电压。该电压由r11送到lm358的5脚(同相输入端)，r5直接从输出端采样电流，将电流转换成电压，再将电压值送到lm358的6脚(反相输入端)，将同相输入端的电压和反相输入端的电压进行比较，并在7脚输出高低电平来控制流过光耦el817的导通与关断，进而通过sa7527控制变压器一次侧输出占空比的大小，达到稳定输出电流的结果，c1，r3为反相输入端与输出端的反馈元件，可通过调整其数值来调整放大器的反馈增益。当电路接p5端口时，输出电流的大小为：
，
，其他端口同例。
电压控制环：tl431是精密电压调整器，阴极k与控制极r直接短路构成精密的2.5v基准电压。该电压由r10送到lm358的3脚(同相输入端)，r7直接从输出端采样电压，r7，r9组成分压电路，将分压值送到lm358的2脚(反相输入端)，将同相输入端的电压和反相输入端的电压进行比较，并在1脚输出高低电平来控制流过光耦el817的导通与关断，进而通过sa7527控制变压器一次侧输出占空比的大小，达到稳定输出电压的结果，c3，r8为反相输入端与输出端的反馈元件，可通过调整其数值来调整放大器的反馈增益。当电路接p1端口时，p1端口的输出电压为：
，其他端口同例。
二、电压控制环和电流控制环的建模与仿真
1.电压控制环的建模与仿真
首先一个重要的中间量是tl431阴极电压变化量k δv 与输出波动o δv的关系式为：
其中
阴极的电压变化引起光耦二极管电流变化：
高压感应侧光电流变化：
其中
反馈网络：
组成控制框图如图8所示。
图8 电压环结构
系统的开环传递函数：
将r 2=4.7kω，r 7=150kω，r 8 = 2 . 2 k ω ，r 9 = 4 . 7 k ω ，r 19=1kω，c 3=1mf，ctr =100%，101 pwm k= l? f = 代入式1 6 中， 用matlab仿真得到电压控制环的波特图如图9所示。交越频率4.8khz，相位裕量100o。
图9 电压环的波特图
2.电流环控制环的建模和仿真
系统的开环传递函数：
将r 2 = 4 . 7 k ω ，r 3 = 2 . 2 k ω ，r 4 = 2 . 2 k ω ，r 5 = 0 . 3 6 ω ，r 19=1kω，c 1=1mf ，ctr =100%，101 pwm k= l? f = 代入式1 9 中， 用matlab仿真得到电压控制环的波特图如图10所示。交越频率220khz，相位裕量46°。
图10 电流环结构
三、实验结果分析
搭建一个18w的实验电路接入电源，用各种仪器测试的波形图如图11、图12、图13和图14所示。从上面波形图可以看出，输出电流电压能够恒流恒压输出，电路效率达到85%以上，功率因素(pf)达到90%左右。
图11 电流环的波特图
图12 电流电压输出波形
图13 输入电压和效率曲线
图14 输入电压和功率因数曲线
结论
通过仿真和实验验证，本电路能宽电压输入，恒流恒压输出，电流控制环和电压控制环不仅响应速度快而且稳定，输出电流电压都很稳定，电路的效率达到85%以上，达到了满意的效果，该电路还有多个端口，能够驱动不同功率的led，能够在实际生活中应用。
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一、电路的设计
1.电路组成
全电路由抗浪涌保护、emi 滤波、全桥整流、反激式变换器、pwmled驱动控制器、闭环反馈电路组成，如图1。
图1 基于sa7527的led驱动电路框图
2.主电路分析
主电路如图2所示。从ac220v看去，交流市电入口接有熔丝f1和抗浪涌的压敏电阻rv1，熔丝起到线路输入电路过流保护的作用，压敏电阻rv1用来抑制来自电网的瞬时高电压保护输入线路的安全，之后是emi滤波器，l1，l2，c1是共模滤波器，l3，l4，c2是差模滤波器，db107是全桥整流电路，c13是一个电容滤波器，经过整流后的电压(电流)仍然是有脉冲的直流电。为了减少波动，通常要加滤波器，由r19，c8，d5组成的rcd缓冲电路是为了防止功率管q1在关断过程中承受大反压，缓冲电路的二极管一般选择快速恢复二极管。
输出滤波器c10，c11，c12并联是为了减少电压纹波。
本电路的特点： ( 1 ) 宽电压输入范围;(2)恒流/恒压特性;(3)由lm358组成的输出反馈取样与恒流/恒压控制电路，成本低，控制精度高，调试简单; (4)本电路可以驱动不同功率的led。
3.启动电路的设计
启动电路如图2所示。为了使电路正常启动，应该在整流桥整流后的变压器初级线圈与sa7527的供电电压端8脚之间连接一个启动电阻r20，并在8脚与地之间连接一个启动电容c9。接通电源时，流过启动电阻r20的电流对启动电容c9充电。当c9的充电电压达到启动门限电压(典型值为11.5v)后，sa7527导通，并驱动功率管q1开始工作。整流后电压的最大值和最小值分别用u imax和u imin来表示，i stmax为最大启动电流，v th(st)max为启动门限电压最大值，启动电阻r20由下列公式(1)和公式(2)来确定，该电阻应选择功率电阻，最大消耗功率不能超过1w。
图2 主电路和启动电路
启动电容c9应由下式来确定：
式中，i dcc为动态工作电流;f ac为交流电网频率;hy (st)为欠电压锁定滞后电压。
4.控制电路的设计
4.1芯片介绍
sa7527是一个简单而且高效的功率因子校正芯片。此电路适用于电子镇流器和所需体积小、功耗低、外围器件少的高密度电源。
4.2控制方法的分析
控制电路如图3所示。该控制电路是峰值电流控制模式，当功率管q1导通时，二极管d6，d7截止，变压器t1的原边电感电流线性上升，当电流上升到乘法器输出电流基准时关断功率管q1;当功率管q1关断时，二极管d6，d7导通，电感电流从峰值开始线性下降，一旦电感电流降到零时，被零电流检测电阻检测到，功率管q1再次导通，开始一个新的开关周期，如此反复。
图3 控制电路
4.3零电流检测电阻的设计
零电流检测端外围电路如图4所示。mosfet功率管利用零电流检测器导通，并且在峰值电感电流达到由乘法器输出设定的门限电平时关断。
图4 零电流检测端外围电路
一旦电感电流沿向下的斜坡降至零电平，sa7527的零电流检测器通过连接于5脚的变压器副绕组电压极性的反转进行检测，sa7527的7脚产生输出，驱动mosfet功率管又开始导通。当电感电流沿向上的斜坡从零增加到峰值之后，mosfet功率管则开始关断。直到电感电流降至零之前，mosfet功率管一直截止。由芯片介绍资料可知，零电流检测端电流最大不能超过3ma，因此零电流检测电阻r25由下式来确定。
式中，vcc为芯片供电电压。
4.4输入电压检测电阻的设计
乘法器外围电路如图5所示。交流输入经整流后得到一个半波正弦形状的电压波形，为了使输入电流较好地跟踪输入电压波形，我们要在交流输入整流后进行电压采样，经电阻r21和r22分压后，电压约缩小100倍输入到sa7527的3脚，在电阻r2并联一个电容c15除整流后的电压纹波。由芯片的内部结构可知，乘法器输入端3脚电压在3.8v以下可以保证较好的功率因数校正效果。
图5 乘法器外围电路
因此应满足3脚的最大输入电压不超过3.8v，即：
4.5电流感应电阻的设计
电流检测外围电路如图6所示。
图6 电流检测外围电路
电路采用峰值电流检测法，因此在mosfet功率管的源极与地之间接上一个电流感应电阻r24，mosfet功率管的源极端接在sa7527的电流感应端4脚cs端，一般的应用电路中会在电流感应电阻后接上一个rc滤波电路以滤去开关电流的尖峰，因为sa7527芯片内部已经有rc滤波电路，所以这里不必加外围rc滤波电路，从而减少了sa7527的外部元件数量。电流感测比较器采用rs锁存结构，可以保证在给定的周期之内在驱动输出端仅有一个信号脉冲出现。当电流感应电阻两端的感应电压超过了乘法器的输出端门限电压时，电流感应比较器就会关断mosfet功率管并且复位pwm锁存器。电感电流的峰值在正常情况下由乘法器的输出vmo来控制，但压是当在输入电压太高或者输出电压误差放大器检测出现问题时，电流感应端的门限电值就会在内部被钳位在1.8v。这是由于芯片内部的电流感应比较器的反相输入端接有一个1.8v的稳压二极管，因此电流感应电阻的取值要满足公式(6)和公式(7)两个条件。
其中
k为乘法器增益，δvm2 =vm2 -vref ，为电压误差放大器的输出与芯片内部参考电压的差值。
4.6闭环反馈电路的设计
闭环反馈电路如图7所示。该电路是一个恒流恒压输出电路，它是由双运放lm358和tl431构成的电流控制环和电压控制环，先恒流后恒压，先是电流采样，d2导通，d1截止，实现恒流，然后是电压采样，d1导通，d2截止，实现恒压。
图7 闭环反馈电路
电流控制环：tl431是精密电压调整器，阴极k与控制极r直接短路构成精密的2.5v基准电压。该电压由r11送到lm358的5脚(同相输入端)，r5直接从输出端采样电流，将电流转换成电压，再将电压值送到lm358的6脚(反相输入端)，将同相输入端的电压和反相输入端的电压进行比较，并在7脚输出高低电平来控制流过光耦el817的导通与关断，进而通过sa7527控制变压器一次侧输出占空比的大小，达到稳定输出电流的结果，c1，r3为反相输入端与输出端的反馈元件，可通过调整其数值来调整放大器的反馈增益。当电路接p5端口时，输出电流的大小为：
，
，其他端口同例。
电压控制环：tl431是精密电压调整器，阴极k与控制极r直接短路构成精密的2.5v基准电压。该电压由r10送到lm358的3脚(同相输入端)，r7直接从输出端采样电压，r7，r9组成分压电路，将分压值送到lm358的2脚(反相输入端)，将同相输入端的电压和反相输入端的电压进行比较，并在1脚输出高低电平来控制流过光耦el817的导通与关断，进而通过sa7527控制变压器一次侧输出占空比的大小，达到稳定输出电压的结果，c3，r8为反相输入端与输出端的反馈元件，可通过调整其数值来调整放大器的反馈增益。当电路接p1端口时，p1端口的输出电压为：
，其他端口同例。
二、电压控制环和电流控制环的建模与仿真
1.电压控制环的建模与仿真
首先一个重要的中间量是tl431阴极电压变化量k δv 与输出波动o δv的关系式为：
其中
阴极的电压变化引起光耦二极管电流变化：
高压感应侧光电流变化：
其中
反馈网络：
组成控制框图如图8所示。
图8 电压环结构
系统的开环传递函数：
将r 2=4.7kω，r 7=150kω，r 8 = 2 . 2 k ω ，r 9 = 4 . 7 k ω ，r 19=1kω，c 3=1mf，ctr =100%，101 pwm k= l? f = 代入式1 6 中， 用matlab仿真得到电压控制环的波特图如图9所示。交越频率4.8khz，相位裕量100o。
图9 电压环的波特图
2.电流环控制环的建模和仿真
系统的开环传递函数：
将r 2 = 4 . 7 k ω ，r 3 = 2 . 2 k ω ，r 4 = 2 . 2 k ω ，r 5 = 0 . 3 6 ω ，r 19=1kω，c 1=1mf ，ctr =100%，101 pwm k= l? f = 代入式1 9 中， 用matlab仿真得到电压控制环的波特图如图10所示。交越频率220khz，相位裕量46°。
图10 电流环结构
三、实验结果分析
搭建一个18w的实验电路接入电源，用各种仪器测试的波形图如图11、图12、图13和图14所示。从上面波形图可以看出，输出电流电压能够恒流恒压输出，电路效率达到85%以上，功率因素(pf)达到90%左右。
图11 电流环的波特图
图12 电流电压输出波形
图13 输入电压和效率曲线
图14 输入电压和功率因数曲线
结论
通过仿真和实验验证，本电路能宽电压输入，恒流恒压输出，电流控制环和电压控制环不仅响应速度快而且稳定，输出电流电压都很稳定，电路的效率达到85%以上，达到了满意的效果，该电路还有多个端口，能够驱动不同功率的led，能够在实际生活中应用。
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你身边5G已经来了吗
最简单的bootloader的编写步骤
USB 3.0电缆和USB 2.0电缆在应用中有什么不一样
一文读懂vivo亮出的“杀手锏”—OriginOS
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