【我的WEBENCH得意之作】LED照明用不间断恒流电源设计

buer1209

【我的WEBENCH得意之作】LED照明用不间断恒流电源设计 [复制链接]

   项目背景：该设计利用Webench设计了LED照明用不间断恒流电源，在正常情况下，LED供电由220V市电经变压器变换、整流滤波后通过DC-DC变换器提供，当主供电出现故障时，为保证照明电源不间断，通过锂电池给LED供电，实现照明电源的不间断设计。该项目主要包含以下几个部分：主供电DC-DC变换器设计、辅助供电DC-DC设计、供电切换控制系统、LED照明恒流源控制系统、其他显示保护等模块，项目示意图如下图所示。

       在该项目中，主供电DC-DC变换器设计和辅助供电DC-DC设计可以实现的方案比较多，但不同方案效率和稳定性差异较大，利用Webench设计可以选择比较优秀的方案，实现高效率和高稳定性设计。

（一）Webench设计过程

(1)首先是主供电DC-DC变换器设计，在该部分设计中，DC-DC变换器输入电压为24V，输出电压为8V，为典型的Buck电路设计。

首先，在webench界面输入参数，包括输入输出电压、输出电流等。

开启设计后，会出现webench设计的界面。

其中，1区域为webench优化选项，可以根据效率、成本、覆盖面积等参数进行优化，2区域显示筛选结果、3区域为高阶图表，可以显示不同坐标下的设计情况，4区域为结果显示区，webench会提供很多可以达到要求的设计，在这些设计中可以进一步根据效率、成本等选择。

       通过效率、成本以及实现的便利性方面考虑，该设计选择了TP54331的降方案。在设计界面，原理图设计、pcb布局、效率等都一目了然。

原理图设计比较完善，电路中的各参数都给的比较详细，电路也充分考虑了滤波等，可靠性不错。

相应地，webench还提供了PCB设计布局的参考。

在仿真界面上，webench提供了电气仿真和热仿真，可以有效帮助用户提前了解设计的性能和可靠性。电气仿真以启动过程和稳定过程为例，仿真结果如下图所示。

       由仿真结果图所示，电源纹波较小，其他高频干扰比较少，应该是比较理想的情况。热仿真表明该设计散热较好，不会出现局部过热的情况，避免温度过高导致器件损坏。

(2)辅助供电DC-DC设计由3V的锂电池升压到8V的供电电源，设计过程类似，最后完成了基于TPS55340的Boost电路设计。

（二）设计电路设计

参考webench提供的设计，进行电路的设计

参照PCB的设计，对电源部分的电路完成设计。

总体设计图如下所示：

（三）测试与对比

（1）做出实物图，并进行系统功能测试

（2）对于DC-DC变换器，测试其不同情况下的电压，由测试结果可以发现，电压基本可以稳定在8V，纹波比仿真要大一些。

（3）测量电感上电压变化

对比分析

    关于电路：目前用到的典型电路和webench设计中的电路相差无几，只是个别参数有所变动。在实际设计过程中，可以根据自己的设计适当的修改webench设计的电路。Webench提供的电路中参数可能过于理想，没有考虑杂散电容、寄生电感的影响，在实际应用中要根据情况进行调节，保证设计的稳定性和动态性。

   关于成本：对于小批量的测试板而言，成本要比webench提供的参考高很多，如果批量生产的话，webench上面看到的成本应该很有参考意义。其它基本元件和Webench提供的参数差不多，BOM设计也很有参考价值。

  关于效率：由于工具所限，对于效率的测量只是做了简单的计算，相比于webench提供的设计，自己搭建的电路效率偏低。这可能和硬件设计及布局有很大关系，另外，效率和输出电流大小也有关系，可以通过优化进行提高。

（四）总结

总的来说，利用webench设计的方案和实际搭建的项目还是有所区别。实际情况是设计项目时无法像webench里面那么理想的进行设计和测试。但是webench提供的设计具有很大的参考价值，在对于一个陌生的芯片，陌生的设计时，webench会起到很大的作用。另外，webench功能也更加丰富，在设计电路时用的也越来越多。

Webench提供的电气仿真和热仿真在设计时有很重要的参考和指导意义，在这次设计中就是利用webench热仿真对电路不同器件发热进行了分析，并参考了Webench提供的pcb布局完成的设计，这样整个系统可以长期稳定工作，更加可靠。