鉅大LARGE | 點擊量:1291次 | 2019年08月07日
非隔離型降壓式電源設(shè)計方法概論
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,就想到說對燈不安全(指電源損壞)。其實降壓型不只是一種,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,因為110V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。原因很簡單,芯片一般自損會有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)在電源效率這個東西很虛,很多人都是吹,實際根本達不到。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,這個損耗一般有零點幾W到一W的樣子,還有一個就是開關(guān)損耗了,用MOS做開關(guān)管可以顯著減小這個損耗,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,因為RCC電路一般的廠家根本做不好質(zhì)量,其實現(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,沒必要省那么一點點,RCC只省點材料費,實際上加工返修等費用更高,到頭到反而得不償失的那樣。
降壓式電源的基本結(jié)構(gòu)就是將電感和負載串入300V高壓中,開關(guān)管開關(guān)的時候,負載即實現(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,還有一般的市場上的恒流IC基本都是用這種電路來實現(xiàn)的。但這種電路就是開關(guān)管擊穿的時候,整個LED燈板就玩完,這應(yīng)該算是最不好的地方了。因為當(dāng)開關(guān)管擊穿的時候,整個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。
所以很多人說非隔離的不安全,其實就是說降壓的,只是因為一般非隔離的絕大多數(shù)是降壓的,所以認(rèn)為非隔離的損壞一定要壞LED.其實另外兩種基本的非隔離結(jié)構(gòu),電源損壞,不會影響LED的。降壓式電源要設(shè)計成高壓小電流,效率才能高,細說一下,為什么?因為高壓小電流,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,對電感的損耗較小,但對開關(guān)管損耗大一些,因為所有經(jīng)過負載的功率必須要經(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)通進入負載的,所以說對電感損耗比較小,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。其控制原理相對來說較簡單,就是在電源工作的原邊回路,設(shè)定一個電流閥值,當(dāng)原邊MOS導(dǎo)通,此時電感的電流是線性上升的,當(dāng)上升到一定值的時候,達到這個閥值,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,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(chǎn)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(zhì)就是一種限流,并不是經(jīng)過運放比較,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,因為其內(nèi)部有一個2.5伏的基準(zhǔn),然后用電阻分壓方式。當(dāng)輸出電壓高一點的時候,或低一點的時候,就產(chǎn)生一個比較電壓,經(jīng)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(zhǔn),還需要一只運放,如果基準(zhǔn)夠準(zhǔn),運放放大倍數(shù)夠大,那么就定的很準(zhǔn)。
同樣的,做恒流,就是需要一個恒流基準(zhǔn),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(xiàn)在就是不太好找到很準(zhǔn)的基準(zhǔn)信號,常用的有三極管,這個做基準(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?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,實際是限流,控制較簡單,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(xiàn)在價格較高。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。因為普通的開關(guān)電源芯片不但價格好,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(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(guān)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,損失零點幾瓦以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。
對高PFLED日光燈電源,大電流的LED日光燈電源的看法
個人認(rèn)為這些做法有很多時候?qū)嵲谑巧岜局鹉┒选,F(xiàn)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(guān),對吧。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(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(xiàn)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。