- 關(guān)于非隔離型降壓式電源設(shè)計(jì)方法概論
- 內(nèi)置電源的要求和電路結(jié)構(gòu)的問題
- 采用兩種恒流控制方式
- 采用變壓器
非隔離降壓型電源是現(xiàn)在普遍使用的電源結(jié)構(gòu)，幾乎占了日光燈電源百分之九十以上。很多人都以為非隔離電源只有降壓型一種，每每一說到不隔離，就想到降壓型，就想到說對(duì)燈不安全（指電源損壞）。其實(shí)降壓型不只是一種，還有兩種基本結(jié)構(gòu)，即升壓，和升降壓，即BOOSTANDBUCK-BOOST,后兩種電源即使損壞。不會(huì)影響到LED的好處。降壓式電源也有其好處，它適合用于220,但不適用于110,因?yàn)?10V本來電壓就低，一降就更低了，那樣輸出的電流大，電壓低，效率做不太高。降壓式220V交流，整流濾波后約三百伏，經(jīng)過降壓電路，一般將電壓降到直流150V左右，這樣即可實(shí)現(xiàn)高壓小電流輸出，效率可以做得較高。
一般用MOS做開關(guān)管，做這種規(guī)格的電源，我的經(jīng)驗(yàn)是，可以做到百分之九十那樣差不多，再往上也困難。原因很簡(jiǎn)單，芯片一般自損會(huì)有0.5W到1W,而日光燈管電源不過就是10W左右。所以不可能再往上走?，F(xiàn)在電源效率這個(gè)東西很虛，很多人都是吹，實(shí)際根本達(dá)不到。常見有些人說什么3W的電源效率做到百分之八十五了，而且還是隔離型的。
告訴大家，即便是跳頻模式的，空載功耗最小，也要0.3W,還什么輸出3W低壓，能到百分之八十五，其實(shí)有百分之七十算很好了，反正現(xiàn)在很多人吹牛不打草稿，可以忽悠住外行，不過現(xiàn)在做LED的懂電源的也不多。我說過，要效率高，首先就要做非隔離的，然后輸出規(guī)格還要高壓小電流，可以省去功率元件的導(dǎo)通損耗，所以象這種LED電源的主要損耗，一就是芯片自有損耗，這個(gè)損耗一般有零點(diǎn)幾W到一W的樣子，還有一個(gè)就是開關(guān)損耗了，用MOS做開關(guān)管可以顯著減小這個(gè)損耗，用三極管開關(guān)損耗就大很多。
所以盡量不要用三極管。還有就是做小電源，最好不要太省，不要用RCC,因?yàn)镽CC電路一般的廠家根本做不好質(zhì)量，其實(shí)現(xiàn)在芯片也便宜，普通的開關(guān)電源芯片，集成MOS管的，最多不過兩元錢，沒必要省那么一點(diǎn)點(diǎn)，RCC只省點(diǎn)材料費(fèi)，實(shí)際上加工返修等費(fèi)用更高，到頭到反而得不償失的那樣。
降壓式電源的基本結(jié)構(gòu)就是將電感和負(fù)載串入300V高壓中，開關(guān)管開關(guān)的時(shí)候，負(fù)載即實(shí)現(xiàn)了低于300V的電壓，具體的電路很多，網(wǎng)上也很多，我也不畫圖再說了?，F(xiàn)在9910,還有一般的市場(chǎng)上的恒流IC基本都是用這種電路來實(shí)現(xiàn)的。但這種電路就是開關(guān)管擊穿的時(shí)候，整個(gè)LED燈板就玩完，這應(yīng)該算是最不好的地方了。因?yàn)楫?dāng)開關(guān)管擊穿的時(shí)候，整個(gè)300V的電壓就加在燈板上，本來燈板只能承受一百多伏電壓，現(xiàn)在成了三百伏了，這種情況一發(fā)生。LED肯定要燒掉。
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所以很多人說非隔離的不安全，其實(shí)就是說降壓的，只是因?yàn)橐话惴歉綦x的絕大多數(shù)是降壓的，所以認(rèn)為非隔離的損壞一定要壞LED.其實(shí)另外兩種基本的非隔離結(jié)構(gòu)，電源損壞，不會(huì)影響LED的。降壓式電源要設(shè)計(jì)成高壓小電流，效率才能高，細(xì)說一下，為什么？因?yàn)楦邏盒‰娏?，可以讓開關(guān)管電流的脈寬大一些，這樣峰值電流就小一些，還有就是，對(duì)電感的損耗也小一些，通過電路結(jié)構(gòu)就可以知道，電路不方便畫，具體也難以再敘述下去了。
就隨便總結(jié)一下，降壓電源的好處是，適合于220高壓輸入使用，以使得功率器件承受的電壓應(yīng)力小，適合做大電流輸出，比如做100MA電流，比后兩種方式來的輕松，效率要高。效率算比較高的，對(duì)電感的損耗較小，但對(duì)開關(guān)管損耗大一些，因?yàn)樗薪?jīng)過負(fù)載的功率必須要經(jīng)過開關(guān)管傳輸，但輸出的功率，只有一部分經(jīng)過電感，如300V輸入，120V輸出的降壓型電源，只有180V的部分要經(jīng)過電感，120V的部分是直接導(dǎo)通進(jìn)入負(fù)載的，所以說對(duì)電感損耗比較小，但輸出的功率，全部要經(jīng)過開關(guān)管轉(zhuǎn)化。
分解兩種恒流控制方式
下面要說的是，兩種恒流控制模式的開關(guān)電源，從而產(chǎn)生兩種做法。這兩種做法，無論是原理，還是器件應(yīng)用，還是性能差別，相當(dāng)都較大。
首先說原理。第一種以現(xiàn)在恒流型LED專用IC為代表，主要如9910系列，AMC7150,凡是現(xiàn)在打LED恒流驅(qū)動(dòng)IC的牌子基本都是這種，且叫他恒流IC型的吧。但我認(rèn)為這種所謂恒流IC做恒流，效果卻不怎么好。其控制原理相對(duì)來說較簡(jiǎn)單，就是在電源工作的原邊回路，設(shè)定一個(gè)電流閥值，當(dāng)原邊MOS導(dǎo)通，此時(shí)電感的電流是線性上升的，當(dāng)上升到一定值的時(shí)候，達(dá)到這個(gè)閥值，就關(guān)斷電流，下一周期再由觸發(fā)電路觸發(fā)導(dǎo)通。其實(shí)此種恒流應(yīng)該是一種限流，我們知道，當(dāng)電感量不同的時(shí)候，原邊電流的形狀是不同的，雖然有相同的峰值，但電流平均值不同。因此，象這種電源一般就是批量生產(chǎn)時(shí)，恒流大小的一致性不太好控制。
還有就是此種電源有一個(gè)特點(diǎn)，一般是輸出電流是梯形的，即波動(dòng)式電流，輸出一般是不用電解平滑的，這也是一個(gè)問題，如果電流峰值過大，會(huì)對(duì)LED產(chǎn)生影響。如果電源的輸出級(jí)沒有并電解來平滑電流的那種電源，基本上都屬此類。即判斷是否是這種控制方式，就看其輸出有沒有并上電解濾波了。這種恒流我原來一直叫其為假恒流，因?yàn)槠浔举|(zhì)就是一種限流，并不是經(jīng)過運(yùn)放比較，而得到的恒流值。
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第二種恒流方式，應(yīng)該可以叫做開關(guān)電源式的。這種控制方式和開關(guān)電源的恒壓控制方式相似。大家都知道用TL431做恒壓吧，因?yàn)槠鋬?nèi)部有一個(gè)2.5伏的基準(zhǔn)，然后用電阻分壓方式。當(dāng)輸出電壓高一點(diǎn)的時(shí)候，或低一點(diǎn)的時(shí)候，就產(chǎn)生一個(gè)比較電壓，經(jīng)過放大，去控制PWM信號(hào)，所以此種控制方式可以很精確的控制電壓。這種控制方式，需要一個(gè)基準(zhǔn)，還需要一只運(yùn)放，如果基準(zhǔn)夠準(zhǔn)，運(yùn)放放大倍數(shù)夠大，那么就定的很準(zhǔn)。
同樣的，做恒流，就是需要一個(gè)恒流基準(zhǔn)，一個(gè)運(yùn)放，用電阻過流檢測(cè)，作為信號(hào)，然后用這個(gè)信號(hào)放大，去控制PWM,可惜現(xiàn)在就是不太好找到很準(zhǔn)的基準(zhǔn)信號(hào)，常用的有三極管，這個(gè)做基準(zhǔn)溫漂大，還有就是可以拿二極管約1V的導(dǎo)通值做基準(zhǔn)，這樣的也可以，可都不高，最好的是用運(yùn)放加TL431當(dāng)基準(zhǔn)，但電路復(fù)雜。但這樣做的恒流電源，恒流精確度還是好控制的多。而這種模式控制的恒流，其輸出一定得加電解濾波，所以輸出電源是平滑直流，不是脈動(dòng)的，脈動(dòng)的話就沒法取樣了。所以要判定是哪種只要看其輸出是否有電解就行了。
兩種恒流控制模式?jīng)Q定了使用兩類不同的器件，一是從而決定了兩種電路器件使用不同，性能的不同，成本亦不同。以9910系列為代表的恒流型控制IC做的LED電源，實(shí)際是限流，控制較簡(jiǎn)單，嚴(yán)格的說起來，其不屬于開關(guān)電源控制的主流模式，開關(guān)電源控制的主流模式是一定要有基準(zhǔn)和運(yùn)放的。但這種IC出來就只能用于LED,很難用于其它的東西，只是因?yàn)長(zhǎng)ED對(duì)紋波要求極低。但因?yàn)槭侵挥糜贚ED,所以現(xiàn)在價(jià)格較高。基本就是使用9910加MOS管制作，輸出無電解，一般我看很多人就是用工字電感做功率轉(zhuǎn)換電感的。這種電源，一般廠家的芯片資料上有出圖，基本都是降壓式。我也不多說了，精于此道的人比我多的多。
二是以我為代表的，即是開關(guān)電源控制模式的恒流驅(qū)動(dòng)器。這種，就是以普通的開關(guān)電源芯片為核心轉(zhuǎn)換器件，這種芯片很多，如PI的TNY系列，TOP系列，ST的VIPER12,VIPER22,仙童的FSD200等，甚至只用三極管或是MOS管的RCC等，都可以做。好處是成本低，可靠性也不錯(cuò)。因?yàn)槠胀ǖ拈_關(guān)電源芯片不但價(jià)格好，而且都是經(jīng)過大量使用的經(jīng)典產(chǎn)品。象這種IC其實(shí)一般集成了MOS管，比9910外加MOS方便，但控制方式復(fù)雜一些，需要外加恒流控制器件，可以用三極管，或是運(yùn)放。磁性元件可以用工字電感，亦可用帶氣隙的高頻變壓器。
我愛用變壓器，因?yàn)殡姼械某杀倦m然很低，但我覺得其帶負(fù)載能力不行，再者調(diào)節(jié)感量也不靈活。所以我覺得比較好的器件選擇是，普通的集成MOS的開關(guān)電源芯片加高頻變壓器，從性能，成本上，都是最理想的選擇，不需要去用什么恒流IC,那種東西，又不好用，又貴。 最后說一下，區(qū)別這兩種電源，一個(gè)最重要的方法，就是看其輸出是否有電解電容作濾波。
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關(guān)于供電問題--不管是做限流型恒流控制的電源，還是運(yùn)放控制的恒流電源，都要解決供電問題。即開關(guān)電源芯片工作的時(shí)候是需要一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的直流電壓為其芯片供電的，芯片的工作電流從一個(gè)MA到幾個(gè)MA不等。有一種象FSD200,NCP1012,和HV9910,此種芯片是高壓自饋電的，用起來是方便，但高壓饋電，造成IC熱量的上升，因?yàn)镮C要承受約300V的直流電，只要稍有一點(diǎn)電流，就算一個(gè)MA,也有零點(diǎn)三瓦的損壞耗了。
一般LED電源不過十瓦左右，損失零點(diǎn)幾瓦以下就可以將電源的效率拉下幾個(gè)點(diǎn)。還有就是典型象QX9910.,用電阻下拉取電，這樣，損耗就在電阻上，大約也得損失它零點(diǎn)幾瓦吧。還有就是磁耦合，就是用變壓器，在主功率線圈上加一個(gè)繞組，就象反激電源的輔助繞組一樣，這樣可以避免損掉這零點(diǎn)幾瓦的功率。這也是我為什么不隔離電源還要用變壓器的原因之一，就是為了避免損失那零點(diǎn)幾瓦的功率，將效率提幾個(gè)點(diǎn)。
對(duì)高PFLED日光燈電源，大電流的LED日光燈電源的看法
個(gè)人認(rèn)為這些做法有很多時(shí)候?qū)嵲谑巧岜局鹉┒选，F(xiàn)在先請(qǐng)問一下LED相對(duì)于傳統(tǒng)燈具的優(yōu)勢(shì)在哪，第一，節(jié)能，第二長(zhǎng)壽，然后是不怕開關(guān)，對(duì)吧。但是現(xiàn)在使用的高PF的方法，均是使用無源填谷PF電路，由原來的驅(qū)動(dòng)方式，即48串，6并改為，24串12并，這樣的話，在220V情況下，效率會(huì)降下五個(gè)百分點(diǎn)左右，于是LED日光燈電源，發(fā)熱量更高了，燈珠也會(huì)受到一點(diǎn)影響。還有一個(gè)問題，就是，24串12并的做法，會(huì)讓LED日光燈燈珠的布線變的很難受，不好布線了。我看，最好的方式還是48串一串方式好，主要是效率高，發(fā)熱小，而且布線容易，不復(fù)雜。
更有甚者，現(xiàn)在還有人提出什么24并，12串，這種方式只適合用于隔離電源，不隔離電源根本不適用。更有些不懂電源常識(shí)的人覺得自己非隔離電源做到恒流600MA輸出就好牛X了，其實(shí)他都沒有自己仔細(xì)的放在燈管里試過，象這種不熱爆了才怪。所以說，現(xiàn)在搞什么低壓大電流做LED日光燈電源，實(shí)是舍本求末的做法。
關(guān)于外形
現(xiàn)在LED日光燈電源，做燈的廠家普遍要求放在燈管內(nèi)，如放T8燈管內(nèi)。很少一部分外置。不知道為什么都要這樣。其實(shí)內(nèi)置電源又難做，性能也不好。但不知道為什么還有這么多人這樣要求。可能都是隨風(fēng)倒吧。外置電源應(yīng)該說是更科學(xué)，更方便才對(duì)。但我也不得不隨風(fēng)倒，客戶要什么，我就做什么。但做內(nèi)置電源，有相當(dāng)難度哦。因?yàn)橥庵玫碾娫?，形狀基本沒有要求，想做多大做多大，想做成什么形狀也沒關(guān)系。
內(nèi)置電源，只能做成兩種，一種是用的最多的，就是說放在燈板下面，上面放燈板，下面是電源，這樣就要求電源做的很薄，不然裝不進(jìn)。而且這樣只能把元件倒下，電源上的線路也只有加長(zhǎng)。我認(rèn)為這樣不是個(gè)好辦法。不過大家普遍喜歡這樣搞。我就搞。還有就是用的少一些，放兩端的，即放在燈管兩頭，這樣好做些，成本也低些。我也有做過，基本就是這兩種內(nèi)置形狀了。
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關(guān)于此種電源的要求和電路結(jié)構(gòu)的問題
我的看法是，因?yàn)殡娫匆獌?nèi)置在燈里，而發(fā)熱是LED光衰最大的殺手，所以發(fā)熱一定要小，就是效率一定得高。當(dāng)然得有高效率的電源。對(duì)于T8一米二長(zhǎng)的那種燈，最好是不要用一支電源，而是用二支，兩端各一只，將熱量分散。從而不使熱量集中在一個(gè)地方。電源的效率主要取決于電路的結(jié)構(gòu)和所用的器件。先說電路結(jié)構(gòu)，有些人還說要隔離電源，我想絕對(duì)是沒必要的，因?yàn)檫@種東西本來就是置于燈體內(nèi)部，人根本摸不到。沒必要隔離，因?yàn)楦綦x電源的效率比不隔離效率要低，第二是，最好輸出要高電壓小電流，這樣的電源才能把效率做 這種電源用的很多，本人只是認(rèn)為有一點(diǎn)不好，如果開關(guān)管失控通咱，LED會(huì)玩完?，F(xiàn)在LED這么貴。我比較看好升壓式電路，此種電路的好處，我反復(fù)的說過，一是效率較降壓式的高些，二是電源壞了，LED燈不會(huì)壞。這樣能確保萬無一失，如果燒壞一個(gè)電源，只是損失幾塊錢，燒一個(gè)LED日光燈，就會(huì)賠掉上百元的成本。所以我一直首推還是升壓式的電源。
還有就是，升壓式電路，很容易把PF值作高，降壓式的就麻煩一些。我絕對(duì)升壓式電路用于LED日光燈的好處還是有壓倒性的強(qiáng)于降壓式的。只是有一年缺點(diǎn)，就是在220V市電輸入情況下，負(fù)載范圍比較窄，一般只能適用于100至140個(gè)一串或兩串LED,對(duì)于少于此數(shù)的，或是夾在中間的，卻用起來不方便。不過現(xiàn)在做LED日光燈的，一般60CM長(zhǎng)那種都是用100至140,一米二的那種，一般就是用二百到二百六那樣，使用起來還是可以的。所以現(xiàn)在LED日光燈一般使用的是不隔離降壓電路，還有不隔離升壓電路，此種電路用于LED日光燈，應(yīng)該可以算是本人首創(chuàng)。
我是做開關(guān)電源的，原來做過適配器，充電器，鐵殼開關(guān)電源。后來做LED電源，最初是做些1W,3W的大功率LED驅(qū)動(dòng)器，但后來做的少了。原因很簡(jiǎn)單，沒有市場(chǎng)。我發(fā)現(xiàn)大功率LED恒流電源，只要其功率超過5W,基本就沒有市場(chǎng)，只能是打樣。因?yàn)長(zhǎng)ED太貴。這也算給同行做電源的朋友提個(gè)醒，這是我的經(jīng)驗(yàn)之談。不知有多少人失足于大功率LED,大功率LED雷聲大，雨點(diǎn)小，害的不少在這一塊痛失老本。還是小功率LED市場(chǎng)好一點(diǎn)。不過也不行，現(xiàn)在小功率LED驅(qū)動(dòng)器，被阻容降壓電源占去大部分江山。
我目前還是看好小功率的LED燈具。小功率LED燈，目前主要是光衰太大，價(jià)格也不夠理想。但現(xiàn)在用于普通照明還是比大功率有優(yōu)勢(shì)。我認(rèn)為小功率LED燈具進(jìn)入通用照明領(lǐng)域，和節(jié)能燈一較高下，會(huì)是五年之內(nèi)的事。而大功率LED進(jìn)入通用照明，則肯定是五年以外的事。所以現(xiàn)在我專注于小功率LED的研發(fā)和制作。我注意到現(xiàn)在小功率LED應(yīng)用于通用照明的燈具主要有LED臺(tái)燈，LED蜂窩燈，還有LED日光燈。尤其是LED日光燈，從07年下半年開始，很多人開始研發(fā)，可以說熱的不得了?；旧犀F(xiàn)在找我的人里十個(gè)有八個(gè)都是做這個(gè)的，所以我也做就開始做LED日光燈的電源，做了一段時(shí)間，所以在此說一下這種電源的研發(fā)和制作的大致方法和原則。以上算是個(gè)人所體會(huì)到的吧。
總結(jié)
本文是一位工程師結(jié)合自身的經(jīng)驗(yàn)對(duì)非隔離型降壓式電源設(shè)計(jì)方法概論的分析。該文章舉了許多切實(shí)我們生活的例子，該工程師也已自己的例子來為廣大讀者講解非隔離型降壓式電源設(shè)計(jì)方法要注意的問題和要講究的方法。這些對(duì)于我們每一位電子工程師，電子愛好者們的幫助是十分的大的。
