自制簡潔高效的LED恒流開關(guān)電源

馮旭升

深圳華美興電源技術(shù)有限公司

自制簡潔高效的LED恒流開關(guān)電源

馮旭升

深圳華美興電源技術(shù)有限公司

由于半導體光電技術(shù)的進步，半導體燈開始全面取代傳統(tǒng)的熒光燈、白熾燈成為照明領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。

生產(chǎn)半導體燈不需要昂貴的專用生產(chǎn)設(shè)備和大面積的生產(chǎn)場地，有了專業(yè)生產(chǎn)廠家提供的主要零部件及結(jié)構(gòu)件，生產(chǎn)過程就是簡單的組裝加工，因此，照明產(chǎn)業(yè)開始由原來白熾燈、熒光燈的制造業(yè)向LED燈的組裝業(yè)過渡。

LED燈顯著的節(jié)能效果，長久的使用壽命，廣闊的市場前景，簡單的生產(chǎn)工藝，拉動了產(chǎn)業(yè)運作，因此，這些年半導體照明成為一個熱門行業(yè)蓬勃發(fā)展，LED燈的生產(chǎn)企業(yè)遍地開花。

要生產(chǎn)出性能好，可靠性高的LED燈，驅(qū)動LED工作的恒流電源是個核心部件。目前，LED燈生產(chǎn)企業(yè)大都向電源生產(chǎn)廠家訂購電源。但是，外購電源除了成本因素外，無法掌控電源的品質(zhì)、可靠性以及交貨期是許多LED燈生產(chǎn)廠家的外傷。

本文介紹一種用HLQD1502恒流電源驅(qū)動模塊制作的LED恒流開關(guān)電源，簡潔易制，性能優(yōu)良，適合電子技術(shù)力量不強的LED燈企業(yè)自行生產(chǎn)。

圖1 模塊底視圖

HLQD1502恒流開關(guān)電源驅(qū)動模塊內(nèi)部集成了恒流開關(guān)電源的MOS管驅(qū)動，軟啟動，輸出電壓、電流檢測與控制，以及各種保護電路，以此模塊為核心控制器制作恒流開關(guān)電源，與傳統(tǒng)方案相比外圍電子元器件少，生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)線上成品率高，電源產(chǎn)品性能好，可靠性高，體積小，成本低。

HLQD1502恒流電源驅(qū)動模塊是一個5腳元件，尺寸13x12x6mm，圖1是模塊底視圖。模塊引腳功能如下：

1腳地線；2腳初級峰值電流檢測；3腳MOS管驅(qū)動；4腳反饋信號及模塊供電輸入；5腳啟動供電。

以此模塊為核心控制器件制作的恒流電源具有以下特點：

1、市電寬電壓輸入，負載寬電壓工作，穩(wěn)定性好。

2、高功率因數(shù)，低輸入電流諧波，符合安規(guī)要求。

3、原邊檢測控制輸出電流電壓，結(jié)構(gòu)簡單。

4、臨界模式工作，逐脈沖電流限制，可靠性高。

5、輸出短路、開路保護，反饋開路保護，過熱保護。

HLQD1502模塊可用于制作10—150瓦的恒流電源。如用EC28磁芯制作變壓器做輸出60V1A的抗雷擊，抗浪涌的室外應用（如路燈、廣告燈、裝飾投光燈等）恒流開關(guān)電源，包括變壓器在內(nèi)元件數(shù)24個，電路板尺寸87×38mm，電源變換效率91%，功率因數(shù)0.97，輸入電流諧波小于15%。實際電路的原理圖及使用的元器件參數(shù)如圖2所示。如果用EC42的磁芯制作變壓器，可以做輸出150瓦室外安規(guī)標準恒流電源，輸出90V1.65A時變換效率約95%。電路板尺寸105x59mm。兩種電源的PCB板分別如圖3、圖4所示。

用HLQD1502模塊制作的LED電源是一個單端反激電壓/電流變換器，和普通的手機充電器之類的單端反激電源相比有2點差別：

1、輸入電流低諧波，對電網(wǎng)污染小。

輸入的交流市電經(jīng)整流后形成的單向脈動正弦波沒有用大電解電容濾波轉(zhuǎn)變成平滑直流，而是直接對單向脈動正弦波做反激變換，這樣可以使電源變換器的輸入電流波形跟隨輸入電壓的正弦波波形，減少輸入電流諧波成分，避免對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染，影響電網(wǎng)的安全運行。

2、原邊反饋檢測次級電壓，結(jié)構(gòu)簡單，效率高。

沒有使用光藕之類的隔離傳輸元件向原邊傳送次級取樣的誤差信號，而是直接在原邊的反饋繞組上間接的檢測次級輸出電壓，再由模塊內(nèi)部電路做相應的運算處理產(chǎn)生控制信號調(diào)節(jié)主電路的占空比控制電路輸出能量，以穩(wěn)定輸出電流并限制最高輸出電壓，簡化了電路結(jié)構(gòu)，消除了電流檢測電阻功耗，提高了效率。

基本工作過程：

以圖2實際電路為例：接通市電后正弦波交流電經(jīng)抗雷擊、抗浪涌電路限制尖峰后進入整流橋整流形成單向脈動的正弦波電壓，模塊5腳得到供電，經(jīng)內(nèi)部電路軟啟動延遲后在3腳輸出正電壓驅(qū)動MOS管導通，變壓器初級繞組N1產(chǎn)生反向感應電勢限制MOS管的電流增加速度，變壓器磁芯隨著電流的增加存儲能量，此時次級繞組N3、反饋繞組N2和初級繞組N1相位相反，N3繞組對輸出整流管產(chǎn)生負電壓，輸出整流管不通，反饋繞組N2加到模塊4腳的電壓也為負，保持模塊3腳高電位狀態(tài)。線性增加的初級電流經(jīng)檢測電阻R3產(chǎn)生一個檢測電壓加到模塊2腳，當該電壓達到模塊內(nèi)部的限定電壓時電路翻轉(zhuǎn)，模塊3腳對地導通，MOS管截止，初級繞組N1感應電壓反向，次級繞組N3感應電勢也隨之反向，輸出整流管D2導通，存儲在變壓器內(nèi)的能量向負載傳輸，同時反饋繞組N2上的感應電壓也反相，對模塊4腳提供一個和次級繞組N3成比例的電壓為模塊內(nèi)的控制電路傳遞次級電壓參數(shù)信號，經(jīng)模塊內(nèi)部電路運算處理后產(chǎn)生控制信號調(diào)整MOS管導通脈寬，該繞組同時為模塊提供工作電壓。變壓器的漏感能量經(jīng)吸收二極管D1輸送到吸收電容C3上再由吸收電阻R2和驅(qū)動模塊共同消耗。變壓器磁芯中存儲的能量傳輸完之后次級繞組N3感應電壓消失，反饋繞組N2感應電壓也消失，模塊內(nèi)部觸發(fā)器電路翻轉(zhuǎn)，3腳再次輸出高電位形成下一個驅(qū)動脈沖。

幾個重要參數(shù)的設(shè)計原則

1、設(shè)定變壓器初次級匝數(shù)比使負載電壓最高時變壓器次級繞組N3反射到初級繞組N1上的電壓在70—120V之間。

此反射電壓實際上影響的是MOS管工作時的占空比，反射電壓取的越高占空比越大，MOS管的峰值電流越小，但MOS管的反峰電壓越高，要求MOS管要有更高的耐壓值。

如圖2電路做60V1A輸出的60瓦電源，可用EC28磁芯做變壓器，磁芯中拄磨0.5mm的氣隙，N1繞組用0.45的漆包線繞31圈，N3繞組用0.55的漆包線繞25圈，最高反射電壓：

VFm=Vom÷N3×N1=65÷25×31=80.6V

2、設(shè)定反饋繞組N2的匝數(shù)使負載電壓最高時變壓器次級繞組N3反射到反饋繞組N2上的電壓為20--21V。

此參數(shù)限定了電源的最高輸出電壓。N2的反射電壓達到21V時電路就限制輸出，因而也就限制了N2自身電壓的進一步提高。。

圖2 電路MOS管電流檢測電阻：

圖3

圖4

N2繞組取8圈，輸出電壓最高65V時反饋繞組N2上的最高電壓：

Vfm=Vom÷N3×N2=65÷25×8=20.8V

3、MOS管電流檢測電阻的阻值由下式計算：

R=(0.125÷Io)×(N1÷N3) （Io為電源輸出電流）

R3=（0.125÷1）×（31÷25）=0.125×1.24=0.15歐

生產(chǎn)流程

用HLQD1502驅(qū)動模塊制作恒流開關(guān)電源，電路板上所有元器件都是插件元件，既適合大批量生產(chǎn)，也適合小批量生產(chǎn)。插完元件后過波峰焊或者錫爐浸焊，切腳機切腳，再經(jīng)補修，目測沒問題即可通電測試。只要使用的元器件質(zhì)量良好，插件無錯，經(jīng)補修后確保沒有虛焊、連焊，通電即可正常工作。