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追蹤狂人制作LED日光燈電源全過(guò)程

作者: 時(shí)間:2011-09-09 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

LED日光燈電源的設(shè)計(jì)和制作方法

我是做開(kāi)關(guān)電源的,原來(lái)做過(guò)適配器,充電器,鐵殼開(kāi)關(guān)電源。后來(lái)做LED電源,最初是做些1W,3W的大功率LED驅(qū)動(dòng)器,但后來(lái)做的少了。原因很簡(jiǎn)單,沒(méi)有市場(chǎng)。我發(fā)現(xiàn)大功率LED恒流電源,只要其功率超過(guò)5W,基本就沒(méi)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(guò)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。恒流形的開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)小功率LED,好是好,就是很多人接受不了其成本。我出過(guò)一款恒流型小功率LED驅(qū)動(dòng)器,開(kāi)關(guān)電源的,效率達(dá)到0。9,穩(wěn)定性可靠性,恒流精度都很好,價(jià)格才五元錢(qián),但不少人還是嫌貴,因?yàn)樗麄兡盟鸵辉X(qián)的阻容降壓電源去比較,當(dāng)然這二者根本沒(méi)法比。我做的開(kāi)關(guān)電源里面,有一個(gè)集成MOS的開(kāi)關(guān)電源芯片,還有一個(gè)變壓器。這二者的成本就是放在那里的,當(dāng)然性能也是放在那里的。但我相信,最終小功率LED恒流驅(qū)動(dòng)器會(huì)將阻容降壓電源淘汰掉。因?yàn)橄M(fèi)者會(huì)慢慢趨于理性,一個(gè)阻容降壓電源做出來(lái)的燈具,幾乎是沒(méi)有什么實(shí)用價(jià)值的,只能當(dāng)個(gè)擺設(shè)和玩具,如果LED真的進(jìn)入了通用照明領(lǐng)域,阻容降壓電源根本無(wú)法勝任。我可以料到將來(lái)的情況會(huì)是,隨著LED性能的提高,價(jià)格的降低,電源成本也將會(huì)成為L(zhǎng)ED燈具成本的相當(dāng)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(gè)過(guò)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(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(zhuān)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(kāi)始,很多人開(kāi)始研發(fā),可以說(shuō)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(kāi)始做LED日光燈的電源,做了一段時(shí)間,所以在此說(shuō)一下這種電源的研發(fā)和制作的大致方法和原則。個(gè)人所體會(huì)到的吧。

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。但不知為什么還有這么多人這樣要求??赡芏际请S風(fēng)倒吧。外置電源應(yīng)該說(shuō)是更科學(xué),更方便才對(duì)。但我也不得不隨風(fēng)倒,客戶(hù)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(méi)有要求,想做多大做多大,想做成什么形狀也沒(méi)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(shuō)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(xiàn)路也只有加長(zhǎng)。我認(rèn)為這樣不是個(gè)好辦法。不過(guò)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(guò),基本就是這兩種內(nèi)置形狀了。

怕有些朋友不明白,照個(gè)圖看一下

1/放燈板底下的。

2/放兩端的


關(guān)于此種電源的要求和電路結(jié)構(gòu)的問(wèn)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(shuō)電路結(jié)構(gòu),有些人還說(shuō)要隔離電源,我想絕對(duì)是沒(méi)必要的,因?yàn)檫@種東西本來(lái)就是置于燈體內(nèi)部,人根本摸不到。沒(méi)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,最好輸出要高電壓電流,這樣的電源才能把效率做高?,F(xiàn)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(qū)動(dòng)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(rèn)為有一點(diǎn)不好,如果開(kāi)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(shuō)過(guò),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(wàn)無(wú)一失,如果燒壞一個(gè)電源,只是損失幾塊錢(qián),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(lái)不方便。不過(guò)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(lái)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)。

關(guān)于高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(wèn)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(kāi)關(guān),對(duì)吧。但是現(xiàn)在使用的高PF的方法,均是使用無(wú)源填谷PF電路,由原來(lái)的驅(qū)動(dòng)方式,即48串,6并改為,24串12并,這樣的話(huà),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(wèn)題,就是,24串12并的做法,會(huì)讓LED日光燈燈珠的布線(xiàn)變的很難受,不好布線(xiàn)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(xiàn)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(jué)得自己非隔離電源做到恒流600MA輸出就好牛比了,其實(shí)他都沒(méi)有自己仔細(xì)的放在燈管里試過(guò),象這種不熱爆了才怪。

所以說(shuō),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。倍受鼓勵(lì),接著談。

兩種恒流控制方式—

下面要說(shuō)的是,兩種恒流控制模式的開(kāi)關(guān)電源,從而產(chǎn)生兩種做法。這兩種做法,無(wú)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(shuō)原理。第一種以現(xiàn)在恒流型LED專(zhuān)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(lái)說(shuō)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(xiàn)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(wèn)題,如果電流峰值過(guò)大,會(huì)對(duì)LED產(chǎn)生影響。如果電源的輸出級(jí)沒(méi)有并電解來(lái)平滑電流的那種電源,基本上都屬此類(lèi)。即判斷是否是這種控制方式,就看其輸出有沒(méi)有并上電解濾波了。這種恒流我原來(lái)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(guò)運(yùn)放比較,而得到的恒流值。

第二種恒流方式,應(yīng)該可以叫做開(kāi)關(guān)電源式的。這種控制方式和開(kāi)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(guò)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(guò)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(huà)就沒(méi)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(lèi)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(shuō)起來(lái),其不屬于開(kāi)關(guān)電源控制的主流模式,開(kāi)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(lái)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?;揪褪鞘褂?910加MOS管制作,輸出無(wú)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(shuō)了,精于此道的人比我多的多。

二是以我為代表的,即是開(kāi)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(kāi)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_(kāi)關(guān)電源芯片不但價(jià)格好,而且都是經(jīng)過(guò)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(ài)用變壓器,因?yàn)殡姼械某杀倦m然很低,但我覺(jué)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(jué)得比較好的器件選擇是,普通的集成MOS的開(kāi)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(shuō)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。
關(guān)于供電問(wèn)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(wèn)題。即開(kāi)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(lái)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(guò)十瓦左右,損失零點(diǎn)幾瓦一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(xiàn)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)。


不隔離型降壓電源設(shè)計(jì)方法概論

非隔離降壓型是現(xiàn)在普遍使用的電源結(jié)構(gòu),其幾乎占了日光燈電源百分之九十以上。很多人都以為不隔離電源只有降壓型一種,一說(shuō)不隔離,就想到降壓型,就想到說(shuō)對(duì)燈不安全-指電源損壞后。其實(shí)降壓型只是一種,還有兩種基本結(jié)構(gòu),即升壓,和升降壓,即BOOST AND BUCK-BOOST,后兩種電源即使損壞。不會(huì)影響到LED,有這種好處。
降壓式電源也有其好處,主要第一點(diǎn),適合用于220,但不適用于110,因?yàn)?10V本來(lái)
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(guò)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,效率可以做高。一般用MOS開(kāi)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)有零點(diǎn)五W到一W,而日光燈管電源不過(guò)就是十W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(jiàn)有些人說(shuō)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(guò)現(xiàn)在做LED的懂電源的也不多。
我說(shuō)過(guò),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(kāi)關(guān)損耗了,用MOS做開(kāi)關(guān)管可以顯著減小這個(gè)損耗,用
三極管開(kāi)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(kāi)關(guān)電源芯片,集成MOS管的,最多不過(guò)兩元錢(qián),沒(méi)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(kāi)關(guān)管開(kāi)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(huà)圖再說(shuō)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(lái)實(shí)現(xiàn)的。但這種電路就是開(kāi)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(kāi)關(guān)管擊穿的時(shí)候,整個(gè)300V的電壓就加在燈板上,本來(lái)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。所以很多人說(shuō)非隔離的不安全,其實(shí)就是說(shuō)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(shuō)一下,為什么?因?yàn)楦邏盒‰娏?,可以讓開(kāi)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(guò)電路結(jié)構(gòu)就可以知道,電路不方便畫(huà),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(lái)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(kāi)關(guān)管損耗大一些,因?yàn)樗薪?jīng)過(guò)負(fù)載的功率必須要經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)管傳輸,但輸出的功率,只有一部分經(jīng)過(guò)電感,如300V輸入,120輸出的降壓型電源,只有300-120,即180的部分要經(jīng)過(guò)電感,120的部分是直接導(dǎo)通進(jìn)入負(fù)載的,所以說(shuō)對(duì)電感損耗比較小,但輸出的功率,全部要經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)管轉(zhuǎn)化



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