- 關于非隔離型降壓式電源設計方法概論
- 內置電源的要求和電路結構的問題
- 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構，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，還有兩種基本結構，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。現(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，還有一個就是開關損耗了，用MOS做開關管可以顯著減小這個損耗，用三極管開關損耗就大很多。
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量，其實現(xiàn)在芯片也便宜，普通的開關電源芯片，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構就是將電感和負載串入300V高壓中，開關管開關的時候，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。現(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管擊穿的時候，整個LED燈板就玩完，這應該算是最不好的地方了。因為當開關管擊穿的時候，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。
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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構，電源損壞，不會影響LED的。降壓式電源要設計成高壓小電流，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，通過電路結構就可以知道，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)過開關管轉化。
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(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(jīng)過運放比較，而得到的恒流值。
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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(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，還需要一只運放，如果基準夠準，運放放大倍數(shù)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(xiàn)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?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(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(jīng)過大量使用的經(jīng)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。
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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
個人認為這些做法有很多時候實在是舍本逐末而已。現(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，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(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。
關于外形
現(xiàn)在LED日光燈電源，做燈的廠家普遍要求放在燈管內，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。但不知道為什么還有這么多人這樣要求。可能都是隨風倒吧。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。
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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 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。現(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(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，應該可以算是本人首創(chuàng)。
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，只能是打樣。因為LED太貴。這也算給同行做電源的朋友提個醒，這是我的經(jīng)驗之談。不知有多少人失足于大功率LED,大功率LED雷聲大，雨點小，害的不少在這一塊痛失老本。還是小功率LED市場好一點。不過也不行，現(xiàn)在小功率LED驅動器，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。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(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。基本上現(xiàn)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。以上算是個人所體會到的吧。
總結
本文是一位工程師結合自身的經(jīng)驗對非隔離型降壓式電源設計方法概論的分析。該文章舉了許多切實我們生活的例子，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計方法要注意的問題和要講究的方法。這些對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。
