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LED驅動電源制作流程解析

2011年09月30日 10:30 本站整理 作者:秩名 用戶評論(0

  LED日光燈電源的設計和制作方法

  我是做開關電源的,原來做過適配器,充電器,鐵殼開關電源。后來做LED電源,最初是做些1W,3W的大功率LED驅動器,但后來做的少了。原因很簡單,沒有市場。我我做的開關電源里面,有一個集成MOS的開關電源芯片,還有一個變壓器。這二者的成本就是放在那里的,當然性能也是放在那里的。但我相信,最終小功率LED恒流驅動器會將阻容降壓電源淘汰掉。因為消費者會慢慢趨于理性,一個阻容降壓電源做出來的燈具,幾乎是沒有什么實用價值的,只能當個擺設和玩具,如果LED真的進入了通用照明領域,阻容降壓電源根本無法勝任。我可以料到將來的情況會是,隨著LED性能的提高,價格的降低,電源成本也將會成為LED燈具成本的相當重要的一部分。真正的燈具,阻容降壓根本不能勝任。阻容降壓電源大行其道,只是一個過渡,最終還是恒流型電源為正宗。

  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,價格也不夠理想。但現在用于普通照明還是比大功率有優(yōu)勢。我認為小功率LED燈具進入通用照明領域,和節(jié)能燈一較高下,會是五年之內的事。而大功率LED進入通用照明,則肯定是五年以外的事。所以現在我專注于小功率LED的研發(fā)和制作。我注意到現在小功率LED應用于通用照明的燈具主要有LED臺燈,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在找我的人里十個有八個都是做這個的,所以我也做就開始做LED日光燈的電源,做了一段時間,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。個人所體會到的吧。

  關于外形

  現在LED日光燈電源,做燈的廠家普遍要求放在燈管內,如放T8燈管內。很少一部分外置。不知道為什么都要這樣。其實內置電源又難做,性能也不好。但不知為什么還有這么多人這樣要求??赡芏际请S風倒吧。外置電源應該說是更科學,更方便才對。但我也不得不隨風倒,客戶要什么,我就做什么。但做內

  置電源,有相當難度哦。因為外置的電源,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系。內置電源,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。而且這樣只能把元件倒下,電源上的線路也只有加長。我認為這樣不是個好辦法。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,基本就是這兩種內置形狀了。

  關于此種電源的要求和電路結構的問題

  我的看法是,因為電源要內置在燈里,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。當然得有高效率的電源。對于T8一米二長的那種燈,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地方。電源的效率主要取決于電路的結構和所用的器件。先說電路結構,有些人還說要隔離電源,我想絕對是沒必要的,因為這種東西本來就是置于燈體內部,人根本摸不到。沒必要隔離,因為隔離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高?,F在普遍用到的是,BUCK電路,即降壓式電路。最好是把輸出電壓做到一百伏以上,電流定在100MA上那樣,如驅動一百二十只,最好是三串,每串四十只,電壓就是一百三十伏,電流60MA.這種電源用的很多,本人只是認為有一點不好,如果開關管失控通咱,LED會玩完?,F在LED這么貴。我比較看好升壓式電路,此種電路的好處,我反復的說過,一是效率較降壓式的高些,二是電源壞了,LED燈不會壞。這樣能確保萬無一失,如果燒壞一個電源,只是損失幾塊錢,燒一個LED日光燈,就會賠掉上百元的成本。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。我絕對升壓式電路用于LED日光燈的好處還是有壓倒性的強于降壓式的。只是有一年缺 點,就是在220V市電輸入情況下,負載范圍比較窄,一般只能適用于100至140個一串或兩串LED,對于少于此數的,或是夾在中間的,卻用起來不方便。不過現在做LED日光燈的,一般60CM長那種都是用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,應該可以算是本人首創(chuàng)。

  關于高PFLED日光燈電源,大電流的LED日光燈電源的看法:

  個人認為這些做法有很多時候實在是舍本逐末而已?,F在先請問一下LED相對于傳統(tǒng)燈具的優(yōu)勢在哪,第一,節(jié)能,第二長壽,然后是不怕開關,對吧。但是現在使用的高PF的方法,均是使用無源填谷PF電路,由原來的驅動方式,即48串,6并改為,24串12并,這樣的話,在220V情況下,效率會降下五個百分點左右,于是LED日光燈電源,發(fā)熱量更高了,燈珠也會受到一點影響。

  還有一個問題,就是,24串12并的做法,會讓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,不復雜。

  更有甚者,現在還有人提出什么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的人覺得自己非隔離電源做到恒流600MA輸出就好牛比了,其實他都沒有自己仔細的放在燈管里試過,象這種不熱爆了才怪。

  所以說,現在搞什么低壓大電流做LED日光燈電源,實是舍本求末的做法。倍受鼓勵,接著談。

  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電源,從而產生兩種做法。這兩種做法,無論是原理,還是器件應用,還是性能差別,相當都較大。

  首先說原理。第一種以現在恒流型LED專用IC為代表,主要如9910系列,AMC7150,凡是現在打LED恒流驅動IC的牌子基本都是這種,且叫他恒流IC型的吧。但我認為這種所謂恒流IC做恒流,效果卻不怎么好。其控制原理相對來說較簡單,就是在電源工作的原邊回路,設定一個電流閥值,當原邊MOS導通,此時電感的電流是線性上升的,當上升到一定值的時候,達到這個閥值,就關斷電流,下一周期再由觸發(fā)電路觸發(fā)導通。其實此種恒流應該是一種限流,我們知道,當電感量不同的時候,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時,恒流大小的一致性不太好控制。還有就是此種電源有一個特點,一般是輸出電流是梯形的,即波動式電流,輸出一般是不用電解平滑的,這也是一個問題,如果電流峰值過大,會對LED產生影響。如果電源的輸出級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,因為其本質就是一種限流,并不是經過運放比較,而得到的恒流值。

  第二種恒流方式,應該可以叫做開關電源式的。這種控制方式和開關電源的恒壓控制方式相似。大家都知道用TL431做恒壓吧,因為其內部有一個2.5伏的基準,然后用電阻分壓方式。當輸出電壓高一點的時候,或低一點的時候,就產生一個比較電壓,經過放大,去控制PWM信號,所以此種控制方式可以很精確的控制電壓。這種控制方式,需要一個基準,還需要一只運放,如果基準夠準,運放放大倍數夠大,那么就定的很準。同樣的,做恒流,就是需要一個恒流基準,一個運放,用電阻過流檢測,作為信號,然后用這個信號放大,去控制PWM,可惜現在就是不太好找到很準的基準信號,常用的有三極管,這個做基準溫漂大,還有就是可以拿二極管約1V的導通值做基準,這樣的也可以,可都不高,最好的是用運放加TL431當基準,但電路復雜。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,不是脈動的,脈 動的話就沒法取樣了。所以要判定是哪種只要看其輸出是否有電解就行了。

  兩種恒流控制模式決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,實際是限流,控制較簡單,嚴格的說起來,其不屬于開關電源控制的主流模式,開關電源控制的主流模式是一定要有基準和運放的。但這種IC出來就只能用于LED,很難用于其它的東西,只是因為LED對紋波要求極低。但因為是只用于LED,所以現在價格較高?;揪褪鞘褂?910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,即是開關電源控制模式的恒流驅動器。這種,就是以普通的開關電源芯片為核心轉換器件,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。因為普通的開關電源芯片不但價格好,而且都是經過大量使用的經典產品。象這種IC其實一般集成了MOS管,比9910外加MOS方便,但控制方式復雜一些,需要外加恒流控制器件,可以用三極管,或是運放。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,因為電感的成本雖然很低,但我覺得其帶負載能力不行,再者調節(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,一個最重要的方法,就是看其輸出是否有電解電容作濾波。

  關于供電問題--不管是做限流型恒流控制的電源,還是運放控制的恒流電源,都要解決供電問題。即開關電源芯片工作 的時候是需要一個相對穩(wěn)定的直流電壓為其芯片供電的,芯片的工作電流從一個MA到幾個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,因為IC要承受約300V的直流電,只要稍有一點電流,就算一個MA,也有零點三瓦的損壞耗了。一般LED電源不過十瓦左右,損失零點幾瓦一下就可以將電源的效率拉下幾個點。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幾瓦的功率,將效率提幾個點。

  

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