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，這應該算是最不好的地方了。因為當開關(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(qū)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(shè)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(guān)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(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，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(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，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(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?；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(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。