详解LED日光灯电源的设计制作

　　关于外形

　　现在LED日光灯电源,做灯的厂家普遍要求放在灯管内,如放T8灯管内.很少一部分外置.不知道为什么都要这样.其实内置电源又难做,性能也不好.但不知为什么还有这么多人这样要求.可能都是随风倒吧.外置电源应该说是更科学,更方便才对.但我也不得不随风倒,客户要什么,我就做什么.但做内置电源,有相当难度哦.因为外置的电源,形状基本没有要求,想做多大做多大,想做成什么形状也没关系.内置电源,只能做成两种,一种是用的最多的,就是说放在灯板下面,上面放灯板。

　　下面是电源,这样就要求电源做的很薄,不然装不进.而且这样只能把元件倒下,电源上的线路也只有加长.我认为这样不是个好办法.不过大家普遍喜欢这样搞.我就搞.还有就是用的少一些,放两端的,即放在灯管两头,这样好做些,成本也低些.我也有做过,基本就是这两种内置形状了。

　　关于此种电源的要求和电路结构的问题

　　我的看法是,因为电源要内置在灯里,而发热是LED光衰最大的杀手,所以发热一定要小,就是效率一定得高.当然得有高效率的电源.对于T8一米二长的那种灯,最好是不要用一支电源,而是用二支,两端各一只,将热量分散.从而不使热量集中在一个地方.电源的效率主要取决于电路的结构和所用的器件.先说电路结构,有些人还说要隔离电源,我想绝对是没必要的,因为这种东西本来就是置于灯体内部,人根本摸不到.没必要隔离,因为隔离电源的效率比不隔离效率要低,第二是,最好输出要高电压小电流,这样的电源才能把效率做高.现在普遍用到的是,BUCK电路,即降压式电路.最好是把输出电压做到一百伏以上,电流定在100MA上那样,如驱动一百二十只,最好是三串,每串四十只,电压就是一百三十伏,电流60MA.这种电源用的很多,本人只是认为有一点不好,如果开关管失控通咱,LED会玩完.现在LED这么贵.我比较看好升压式电路,此种电路的好处,我反复的说过,一是效率较降压式的高些,二是电源坏了,LED灯不会坏.这样能确保万无一失,如果烧坏一个电源,只是损失几块钱,烧一个LED日光灯,就会赔掉上百元的成本.所以我一直首推还是升压式的电源.还有就是,升压式电路,很容易把PF值作高,降压式的就麻烦一些.我绝对升压式电路用于LED日光灯的好处还是有压倒性的强于降压式的.只是有一年缺 点,就是在220V市电输入情况下,负载范围比较窄,一般只能适用于100至140个一串或两串LED,对于少于此数的,或是夹在中间的,却用起来不方便.不过现在做LED日光灯的,一般60CM长那种都是用100至140,一米二的那种,一般就是用二百到二百六那样,使用起来还是可以的.所以现在LED日光灯一般使用的是不隔离降压电路,还有不隔离升压电路,此种电路用于LED日光灯,应该可以算是本人首创。

　　关于高PFLED日光灯电源,大电流的LED日光灯电源的看法:

　　个人认为这些做法有很多时候实在是舍本逐末而已.现在先请问一下LED相对于传统灯具的优势在哪,第一,节能,第二长寿,然后是不怕开关,对吧.但是现在使用的高PF的方法,均是使用无源填谷PF电路,由原来的驱动方式,即48串,6并改为,24串12并,这样的话,在220V情况下,效率会降下五个百分点左右,于是LED日光灯电源,发热量更高了,灯珠也会受到一点影响。

　　还有一个问题,就是,24串12并的做法,会让LED日光灯灯珠的布线变的很难受,不好布线了.我看,最好的方式还是48串一串方式好,主要是效率高,发热小,而且布线容易,不复杂。

　　更有甚者,现在还有人提出什么24并,12串,这种方式只适合用于隔离电源,不隔离电源根本不适用.更有些不懂电源常识的人觉得自己非隔离电源做到恒流600MA输出就好牛比了,其实他都没有自己仔细的放在灯管里试过,象这种不热爆了才怪。所以说,现在搞什么低压大电流做LED日光灯电源,实是舍本求末的做法。

　　两种恒流控制方式

　　下面要说的是,两种恒流控制模式的开关电源,从而产生两种做法.这两种做法,无论是原理,还是器件应用,还是性能差别,相当都较大。

　　首先说原理.第一种以现在恒流型LED专用IC为代表,主要如9910系列,AMC7150,凡是现在打LED恒流驱动IC的牌子基本都是这种,且叫他恒流IC型的吧.但我认为这种所谓恒流IC做恒流,效果却不怎么好.其控制原理相对来说较简单,就是在电源工作的原边回路,设定一个电流阀值,当原边MOS导通,此时电感的电流是线性上升的,当上升到一定值的时候,达到这个阀值,就关断电流,下一周期再由触发电路触发导通.其实此种恒流应该是一种限流,我们知道,当电感量不同的时候,原边电流的形状是不同的,虽然有相同的峰值,但电流平均值不同.因此,象这种电源一般就是批量生产时,恒流大小的一致性不太好控制.还有就是此种电源有一个特点,一般是输出电流是梯形的,即波动式电流,输出一般是不用电解平滑的,这也是一个问题,如果电流峰值过大,会对LED产生影响.如果电源的输出级没有并电解来平滑电流的那种电源,基本上都属此类.即判断是否是这种控制方式,就看其输出有没有并上电解滤波了.这种恒流我原来一直叫其为假恒流,因为其本质就是一种限流,并不是经过运放比较,而得到的恒流值。

　　第二种恒流方式,应该可以叫做开关电源式的.这种控制方式和开关电源的恒压控制方式相似.大家都知道用TL431做恒压吧,因为其内部有一个2.5伏的基准,然后用电阻分压方式.当输出电压高一点的时候,或低一点的时候,就产生一个比较电压,经过放大,去控制PWM信号,所以此种控制方式可以很精确的控制电压.这种控制方式,需要一个基准,还需要一只运放,如果基准够准,运放放大倍数够大,那么就定的很准.同样的,做恒流,就是需要一个恒流基准,一个运放,用电阻过流检测,作为信号,然后用这个信号放大,去控制PWM,可惜现在就是不太好找到很准的基准信号,常用的有三极管,这个做基准温漂大,还有就是可以拿二极管约1V的导通值做基准,这样的也可以,可都不高,最好的是用运放加TL431当基准,但电路复杂.但这样做的恒流电源,恒流精确度还是好控制的多.而这种模式控制的恒流,其输出一定得加电解滤波,所以输出电源是平滑直流,不是脉动的,脉 动的话就没法取样了.所以要判定是哪种只要看其输出是否有电解就行了.

　　两种恒流控制模式决定了使用两类不同的器件，从而决定了两种电路器件使用不同,性能的不同,成本亦不同。

　　以9910系列为代表的恒流型控制IC做的LED电源,实际是限流,控制较简单,严格的说起来,其不属于开关电源控制的主流模式,开关电源控制的主流模式是一定要有基准和运放的.但这种IC出来就只能用于LED,很难用于其它的东西,只是因为LED对纹波要求极低.但因为是只用于LED,所以现在价格较高.基本就是使用9910加MOS管制作,输出无电解,一般我看很多人就是用工字电感做功率转换电感的.这种电源,一般厂家的芯片资料上有出图,基本都是降压式.我也不多说了,精于此道的人比我多的多。

　　二是以我为代表的,即是开关电源控制模式的恒流驱动器.这种,就是以普通的开关电源芯片为核心转换器件,这种芯片很多,如PI的TNY系列,TOP系列,ST的VIPER12,VIPER22,仙童的FSD200等,甚至只用三极管或是MOS管的RCC等,都可以做.好处是成本低,可靠性也不错.因为普通的开关电源芯片不但价格好,而且都是经过大量使用的经典产品.象这种IC其实一般集成了MOS管,比9910外加MOS方便,但控制方式复杂一些,需要外加恒流控制器件,可以用三极管,或是运放.磁性元件可以用工字电感,亦可用带气隙的高频变压器.

　　我爱用变压器,因为电感的成本虽然很低,但我觉得其带负载能力不行,再者调节感量也不灵活.所以我觉得比较好的器件选择是,普通的集成MOS的开关电源芯片加高频变压器,从性能,成本上,都是最理想的选择,不需要去用什么恒流IC,那种东西,又不好用,又贵。

　　最后说一下,区别这两种电源,一个最重要的方法,就是看其输出是否有电解电容作滤波.

　　关于供电问题

　　不管是做限流型恒流控制的电源,还是运放控制的恒流电源,都要解决供电问题.即开关电源芯片工作 的时候是需要一个相对稳定的直流电压为其芯片供电的,芯片的工作电流从一个MA到几个MA不等.有一种象FSD200,NCP1012,和HV9910,此种芯片是高压自馈电的,用起来是方便,但高压馈电,造成IC热量的上升,因为IC要承受约300V的直流电,只要稍有一点电流,就算一个MA,也有零点三瓦的损坏耗了.一般LED电源不过十瓦左右,损失零点几瓦一下就可以将电源的效率拉下几个点.还有就是典型象QX9910.,用电阻下拉取电,这样,损耗就在电阻上,大约也得损失它零点几瓦吧.还有就是磁耦合,就是用变压器,在主功率线圈上加一个绕组,就象反激电源的辅助绕组一样,这样可以避免损掉这零点几瓦的功率.这也是我为什么不隔离电源还要用变压器的原因之一,就是为了避免损失那零点几瓦的功率,将效率提几个点。

　　不隔离型降压式电源设计方法概论

　　非隔离降压型是现在普遍使用的电源结构,其几乎占了日光灯电源百分之九十以上.很多人都以为不隔离电源只有降压型一种,一说不隔离,就想到降压型,就想到说对灯不安全-指电源损坏后.其实降压型只是一种,还有两种基本结构,即升压,和升降压,即BOOST AND BUCK-BOOST,后两种电源即使损坏.不会影响到LED,有这种好处。

　　降压式电源也有其好处,主要第一点,适合用于220,但不适用于110,因为110V本来电压就低,一降就更低了,那样输出的电流大,电压低,效率做不太高。

　　降压式220V交流,整流滤波后约三百伏,经过降压电路,一般将电压降到直流150V左右,这样即可实现高压小电流输出,效率可以做高.一般用MOS做开关管,做这种规格的电源,我的经验是,可以做到百分之九十那样差不多,再往上也困难.原因很简单,芯片一般自损会有零点五W到一W,而日光灯管电源不过就是十W左右.所以不可能再往上走.现在电源效率这个东西很虚,很多人都是吹,实际根本达不到.常见有些人说什么3W的电源效率做到百分之八十五了,而且还是隔离型的。

　　告诉大家,即便是跳频模式的,空载功耗最小,也要0.3W,还什么输出3W低压,能到百分之八十五,其实有百分之七十算很好了,反正现在很多人吹牛不打草稿,可以忽悠住外行,不过现在做LED的懂电源的也不多。我说过,要效率高,首先就要做非隔离的,然后输出规格还要高压小电流,可以省去功率元件的导通损耗,所以象这种LED电源的主要损耗,一就是芯片自有损耗,这个损耗一般有零点几W到一W的样子,还有一个就是开关损耗了,用MOS做开关管可以显著减小这个损耗,用三极管开关损耗就大很多.所以尽量不要用三极管.还有就是做小电源,最好不要太省,不要用RCC,因为RCC电路一般的厂家根本做不好质量,其实现在芯片也便宜,普通的开关电源芯片,集成MOS管的,最多不过两元钱,没必要省那么一点点,RCC只省点材料费,实际上加工返修等费用更高,到头到反而得不偿失的那样。

　　降压式电源的基本结构就是将电感和负载串入300V高压中,开关管开关的时候,负载即实现了低于300V的电压,具体的电路很多,网上也很多,我也不画图再说了.现在9910,还有一般的市场上的恒流IC基本都是用这种电路来实现的.但这种电路就是开关管击穿的时候,整个LED灯板就玩完,这应该算是最不好的地方了.因为当开关管击穿的时候,整个300V的电压就加在灯板上,本来灯板只能承受一百多伏电压,现在成了三百伏了,这种情况一发生.LED肯定要烧掉.所以很多人说非隔离的不安全,其实就是说降压的,只是因为一般非隔离的绝大多数是降压的,所以认为非隔离的损坏一定要坏LED.其实另外两种基本的非隔离结构,电源损坏,不会影响LED的。

　　降压式电源要设计成高压小电流,效率才能高,细说一下,为什么?因为高压小电流,可以让开关管电流的脉宽大一些,这样峰值电流就小一些,还有就是,对电感的损耗也小一些,通过电路结构就可以知道,电路不方便画,具体也难以再叙述下去了.就随便总结一下,降压电源的好处是,适合于220高压输入使用,以使得功率器件承受的电压应力小,适合做大电流输出,比如做100MA电流,比后两种方式来的轻松,效率要高.效率算比较高的,对电感的损耗较小,但对开关管损耗大一些,因为所有经过负载的功率必须要经过开关管传输,但输出的功率,只有一部分经过电感,如300V输入,120输出的降压型电源,只有300-120,即180的部分要经过电感,120的部分是直接导通进入负载的,所以说对电感损耗比较小,但输出的功率,全部要经过开关管转化。

　　LED日光灯已经告别了高价时代

　　讲的明白一点就是,LED已经告别了高利润的时代.很多原来想在LED日光灯行业里拿暴利的人玩不转了.我可以给大家算一个帐。

　　LED日光灯告别高价时代的主要标志,就是草帽灯珠的降价,现在亮度达到2000MCD以上的120度草帽灯(单颗光通量>6流明),0.2元已经大把有卖了,原来的时候,这个价格至少是0.5元了.我来算一个帐,就由原来传统的PC管加草帽LED组成的日光灯来计算吧。

　　1.2米LED日光灯,264粒灯珠,15W的LED日光灯.PC管,加灯板,加普通LED日光灯恒流电源,这三件加起来,成本最多30元可以搞定.灯珠按0.2元一颗,那么就最多是60元了,加起来材料成本大约90元,扣去其它的东西,卖150元是合理的.因此LED日光灯现在已经不再是高价时代,再过一年,这个价格会突破100元大关的,但市场推广却需要一段时间.做LED照明的人要学会调整心态了,暴利时代已经一去不返了。