非隔離型降壓式電源設(shè)計方法
摘要： 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。
Abstract：
Key words :
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(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(dǎo)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(dǎo)通。其實此種恒流應(yīng)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(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,，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(dǎo)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(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,。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,。
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,。其實內(nèi)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(yīng)該說是更科學(xué),，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(nèi)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(guān)系,。
內(nèi)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(nèi)置形狀了。
關(guān)于此種電源的要求和電路結(jié)構(gòu)的問題
我的看法是,，因為電源要內(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(jié)構(gòu)和所用的器件。先說電路結(jié)構(gòu),，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(nèi)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(guān)管失控通咱，LED會玩完?，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(yīng)該可以算是本人首創(chuàng)。
我是做開關(guān)電源的,，原來做過適配器,，充電器，鐵殼開關(guān)電源,。后來做LED電源,，最初是做些1W,3W的大功率LED驅(qū)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(qū)動器，被阻容降壓電源占去大部分江山,。
恒流形的開關(guān)電源驅(qū)動小功率LED,好是好,，就是很多人接受不了其成本,。我出過一款恒流型小功率LED驅(qū)動器，開關(guān)電源的,，效率達到0.9,穩(wěn)定性可靠性,，恒流精度都很好，價格才五元錢,，但不少人還是嫌貴,，因為他們拿它和一元錢的阻容降壓電源去比較，當然這二者根本沒法比,。我做的開關(guān)電源里面,，有一個集成MOS的開關(guān)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(qū)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(shè)和玩具，如果LED真的進入了通用照明領(lǐng)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(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(lǐng)域,，和節(jié)能燈一較高下，會是五年之內(nèi)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(yīng)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(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,。
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