基于CL1502的高性價比LED驅(qū)動電源設計

鄭 柱，姜 宇，廖 潔，何暢芳 ，陳向勇

(廣東職業(yè)技術學院機電系，廣東 佛山 528531)

基于CL1502的高性價比LED驅(qū)動電源設計

鄭 柱?，姜 宇，廖 潔，何暢芳 ，陳向勇

(廣東職業(yè)技術學院機電系，廣東 佛山 528531)

利用芯片CL1502作為反饋控制芯片設計了一款高效的14WLED恒流驅(qū)動電源。詳細介紹了該電源電路中每一元件的計算及選擇。結合CL1502說明書及電感電流臨界模式的特點，詳細給出了該電源方案中的核心元件---電感的設計步驟。應用該方案設計的電源效率可達91％，電流的輸出精度可達±3％，整機成本不到1.3元，具有極高的性價比。

LED；驅(qū)動電源；CL1502；EPC13

1 引言

隨著各國節(jié)能計劃的相繼落實和實施，高效節(jié)能的LED照明行業(yè)進入了一個高速發(fā)展的時期[1]。但是由于多種條件的限制，國內(nèi)的LED照明產(chǎn)品良莠不齊，很多LED燈價格奇高，但真正壽命與宣傳的超長壽命毫不相符。而實際上，LED燈中的燈珠確實是超長壽命(可達數(shù)萬小時)，但與之配對的驅(qū)動電源的壽命則是數(shù)千小時。由此造成LED整燈與普通的熒光燈等節(jié)能燈在性價比方面并無明顯優(yōu)勢。因此開發(fā)高性價比的LED驅(qū)動電源成為目前LED照明市場的重要使命[2~3]。

若把生活比作一條軌道，其實大部分人、大多數(shù)時間，都在循規(guī)蹈矩地沿著固定的軌道方向行走。但有些人并不滿足于這樣的平靜，偏要探索不可預知的未來，于孫義而言，這樣的探索或是生命中的必然。孫義本是南京工業(yè)大學的副教授，過著教書育人、安穩(wěn)度日的悠哉生活，但“歲月靜好”對于一顆躁動的心而言并不是一種幸福，隨著對數(shù)字印刷和設計的了解越來越多、越來越深入，2008年，他創(chuàng)立了南京四色數(shù)碼科技有限公司，開始對數(shù)字印刷的探索，目前四色快印門店已開了8家；2010年，他又收購了東南文化，著力于以數(shù)字技術實現(xiàn)文化創(chuàng)意集成，數(shù)字印刷實驗室隨即成立。

在本文中，我們采用CL1502電源芯片作為控制芯片，設計了一款非隔離式恒流驅(qū)動電源，該驅(qū)動電源輸出電流為240mA，恒流精度＆gt;3％，而且效率比較高，在220V的正常市電下可達91％。該方案所需元件少，成本低，體積小巧，可內(nèi)置于T5或T8LED燈管中，整機具有較高的性價比。

2 設計過程

2.1 設計目標的確定

整機輸出功率為3W，負載采用3顆1W(正常工作電壓約3.3V，電流約300mA)LED燈珠串聯(lián)而成。輸入為全電壓(85V~265V),輸出電壓10V，輸出電流300mA，整機效率0.8。

2.2 具體設計過程

1) 基本設計目標的確定

本方案中，負載燈珠(3014)采用的連接方式為8并16串，也即8路并聯(lián)，每一路16顆燈珠串聯(lián)，具體如圖1所示。

終于到了長江邊的蘄州城，我在那兒坐輪渡過了江。一踏上江南的土地，我就有一種特別的感覺。結結實實地站在了陽新的地面，我只需往南再跑一百多里，就到木港，我的狼剩兒就在那兒！三年冇見，他肯定長高了不少吧？丟的時候還只我大胯高呢。等見了面，我的狼剩兒該不會認不得我了吧？他會生分我這個親娘嗎……我似乎觸摸到了他的鮮活的氣息，這氣息招引著我一路向南，奔向遠方我兒子生活的那個地方。我心里涌動著幸福的期盼，腳步輕快了許多，才一天半工夫，我就趕了近百里路，次日擦黑就來到了富水河邊。問了河邊的人，他們說你從石浮橋過河，再往南走三十里，翻過十轉(zhuǎn)山就是木港。

(2)輸入濾波電容的主要選擇參數(shù)有電容容量和耐壓。根據(jù)經(jīng)驗，采用全電壓(也即輸入電壓范圍為85V~265V)時，輸入濾波電容一般按2~3μ/W來取值，單電壓時按1μ/W來取值。由于設計的輸入電壓為單電壓并考慮到電源的實際尺寸，此處選擇濾波電容容量為10μF。又由于母線最高電壓為373V，故選擇耐壓為400V的電解電容。

泉州市（縣、區(qū)）志愿者組織能夠選擇社會關注、群眾所需的項目，創(chuàng)造性地開展各具特色的志愿服務。志愿服務行動已從最初的街頭義務搞衛(wèi)生發(fā)展到深入社區(qū)以及社會公益事業(yè)的各個方面，組織了一系列志愿服務活動如“志愿泉州·和諧海西”、“愛在泉州與特奧同行”、“情系玉樹、奉獻愛心”、“低碳作為志愿者在行動”、“關愛農(nóng)民工子女”、“愛心午餐”、“百萬真情關懷外來工”、“金秋助學”等。尤其是在助老志愿方面，泉州更是走在福建省的前列。目前，泉州市已報名登記的助老志愿者達到14000多名，這些志愿者分布在社會各個領域，基本覆蓋了城區(qū)和部分鄉(xiāng)村的老年群體。

設計好的驅(qū)動電源需要放置于燈管的鋁槽中，實測表明鋁槽的高度為17.2mm，寬度最窄處為17mm，為防止電源接觸鋁槽外殼造成短路，設計好的電源還要套上一層熱縮管進行絕緣，故電源的實際高和寬都應比17mm略小，實際設計高度≤16 mm，寬度≤16.2mm。

本驅(qū)動電源驅(qū)動的是1.2米長的T5燈管，該燈管主要面對國內(nèi)市場銷售，故輸入電壓范圍取175V~265V進行設計。

圖1 負載連接方式

2)輸入整流濾波電路元件選擇

(1)整流二極管的選擇?？紤]成本及通用性(降低庫存壓力)，對于該類較小功率電路，輸入端整流二極管直接選擇M7，其最大可重復峰值反向電壓為1000V，最大正向平均整流電流為1A。

3014燈珠正常工作時的電流為30mA，電壓為2.8V~ 3.6V。由于3014燈珠正常工作時電流約為30mA，故以每顆30mA為電流設計標準，可得LED驅(qū)動電源的電流輸出應為8*30mA=240mA。又由于3014正常工作的電壓范圍為2.8V~3.6V，為保證整燈的各項指標，以每顆3.5V進行設計，可得驅(qū)動電源輸出電壓約為3.5V*16=56V。

(3)CL1502供電電阻的選擇

正常工作時，LED電源的輸出電壓為56V，允許50％的過壓，則Vovp=84V 。Rovp由下式?jīng)Q定[1]。

無人機測量技術能夠有效的提升對土地整治監(jiān)控工作的運行效率，通過獲取高質(zhì)量的正射影像圖，可以進一步減少在制圖中所消耗的時間，而且還能節(jié)省更多的人力，進而有效的提升實際工作效率，避免人員浪費以及引發(fā)相應的高人力問題。與此同時，由無人機攝影測量而產(chǎn)生的影像圖，不但能夠為數(shù)據(jù)處理人員提供相應的基礎地理信息，還能借助圖像進行相應的長度、位置測量規(guī)劃，從而使得驗收工作的質(zhì)量得到有效提升。

由于沒有0.83Ω的電阻，此處我們用1.5Ω和1.8Ω的電阻并聯(lián)來代替，并聯(lián)的等效電阻值為0.82Ω。注意，一般此處選擇的采樣電阻的實際值比計算值略小。

4.筆記盡量放在課上進行，特別是剛開始訓練時。這樣，學生會更認真些，并逐步養(yǎng)成專心作業(yè)的良好習慣。它也能有效壓縮老師講課的時間，實現(xiàn)“精講”。

(2)過壓保護電阻Rovp的選擇

(1)電流采樣電阻Rcs的選擇

由電源尺寸限制可知，此處最多只能采用EE16(最大尺寸為16mm的骨架)的骨架，通過查資料可知，PC40材質(zhì)的EPC13可以承受14W的功率，故此處選擇EPC13作為輸出端電感的骨架。而由(6)式可知電感的感量為1.8mH。結合安培環(huán)路定理和電磁感應定律[5]，對于一密閉勻強磁場有

(3)式中，L為電感感量，由下式定義。

(4)式中，Vin為母線上的電壓值，對于本方案，母線電壓范圍為實際設計時按最小值取，為f為開關管的開關頻率，由于人的聽覺頻率為20kHz以下，所以實際設計中開關管的頻率應遠離此頻率。本方案取50kHz進行設計，如最終計算出來的匝數(shù)骨架繞不下，可適當調(diào)高此頻率以減少匝數(shù)。將以上參數(shù)代入式(4)，得

將(5)式結果代入(4)式可得Rovp=157kΩ。實際取值采用0805封裝精度為5％的電阻，其阻值在160kΩ附近即可。

3) CL1502周邊電路元件的選擇

由CL1502說明書，有

充分考慮果蔬產(chǎn)品市場需求的不斷增加，以及居民對于高質(zhì)量綠色無公害產(chǎn)品的傾向性?？偨Y“膠州大白菜”品牌案例可以看出，果蔬產(chǎn)品品牌化離不開標準化生產(chǎn)。要建立健全果蔬產(chǎn)品標準體系。按照國際、國家、行業(yè)標準，組織建設標準化品牌果蔬產(chǎn)品基地，推動果蔬生產(chǎn)專業(yè)化、標準化。

供電電阻的選擇比較靈活，此處按經(jīng)驗直接采用兩個750K，精度為5％、封裝為0805的電阻串聯(lián)。

(4)CL1502的VCC供電端濾波電容的選擇

這個電容主要用于抑制電磁干擾，選1uf的貼片電阻即可。

4)輸出端整理二極管的選擇

由于電源工作頻率較高，為提高電源的轉(zhuǎn)換效率，此處應采用反應速度快的超快恢復整流二極管(肖特基二極管)。在輸出回路中選擇肖特基二極管的重要指標為最大峰值反向電壓，該電壓一般選擇為母線電壓最大值的1.3倍以上。綜合考慮，此處采用ES1J，其最大反向峰值電壓為600V，最大反向恢復時間為35nS。

5)輸出電感的選擇

得

式中，Φ為磁芯中磁通，N、L、i、B、S分別為線圈的匝數(shù)、線圈的感量、流過線圈的電流、線圈中磁場的磁感應強度和有效磁芯截面積。當流過線圈的電流i發(fā)生變化時，磁通量也跟著發(fā)生變化。假設開關管導通時，流過線圈的電流變化量為Δi，對應的磁通變化量為ΔΦ，由(6)式有

假設此過程中，電流的變化引起的磁感應強度的變化沒有引起磁通飽和，則依(6)式有

衣裳還冇扣好，又進來個畜生。他走到桌前，也往漆盒里丟了個小牌牌，然后取下長刀放在桌上，轉(zhuǎn)身就朝我撲來。我想完了，這樣沒完沒了地折磨，冇等見到我的狼剩兒，我就會被他們整死的。往年出去找狼剩兒，東跑西顛，那是冇得個準信兒；這回有了準信兒，卻還是這樣不順當，——我找個人，么會這樣難啊。該怪我昨日清早走了回頭路的。連大梁都說，出了門就別往回轉(zhuǎn)了。可我記掛著狼剩兒的撥浪鼓，硬要轉(zhuǎn)去拿著。我伸手摸了摸，這撥浪鼓還揣在長褲口袋里，硬邦邦地實在，稱手。可是我的狼剩兒你在哪里?。磕阋獊砭饶愕挠H娘??！我暈暈乎乎的，看著那個黑影朝我壓過來，絕望地呼喊：

結合(7)式和(8)式并將S用Ae代替，再考慮到CL1502工作于臨界狀態(tài)時其導通電流從0增加到最大值[6]，故有為電感峰值電流，由(6)式可得

式(19)中ΔB為電流變化引起才磁感應強度的變化，通常稱磁通擺幅。設計中允許的磁通擺幅不同，線圈匝數(shù)也不同。開關電源工作時高頻變壓器磁芯中的溫度都較高，故計算磁通擺幅通常選擇100°C時的參數(shù)進行計算。通過查EPC13的材質(zhì)PC40的參數(shù)可知，在100°C時PC40的飽和磁通密度Bs=390mT，剩余磁通密度Br= 55mT。實際設計取ΔB=(60％~90％)×(Bs-Br)=0.201T~0.3T，代入(9)式，可得N=230~344匝，也即線圈的匝數(shù)并不惟一，可以取230匝到344匝。通常情況下磁通擺幅余量應盡可能多，但這會導致線圈匝數(shù)的增加，并進而導致成本的上升甚至由于變壓器的尺寸限制而繞不下。所以具體繞制匝數(shù)多少應視成本及電源指標情況而定。

具體繞制時，開始繞的引腳和結束引腳要綜合PCB板布線而定。由于此處只用到骨架的兩個引腳，為固定好變壓器，還需要保留變壓器的另外兩個引腳，其余的引腳則拔掉。

6)輸出濾波電容的選擇

2014年3月18日，法官宣布ALDF等機構聯(lián)合起訴邁阿密海洋館違反瀕危動物保護法不成立，洛麗塔重獲自由的希望再次落空。

非隔離電路對輸出濾波電容的要求沒有隔離電路那么嚴格，此處采用電容容量4.7uf左右即可。由于母線電壓高達373V，故電解電容的耐壓值應比373V略大。此處取耐壓為400V，容量為2.2uf的電解電容。

(1) 基于qc1Ncs和解釋變量的四種模型修正似然比指標都大于0.4，模型擬合效果較好；其中{q,lnRcs}得到的模型最優(yōu)，最差；在模型訓練中對Rcs進行對數(shù)處理對模型帶來的改善要大于對q進行開根號的不利影響，而模型測試中二者的影響區(qū)別不大。

CGGA 全轉(zhuǎn)錄組測序的 mRNA 抽提和質(zhì)檢步驟同上，測序平臺為 Illumina HiSeq platform（美國 Illumina 公司）。

7)假性負載的選擇

目前，優(yōu)秀的企業(yè)或投資方將完全意義上的事前控制作為成本管控的核心思想，即在項目策劃階段就訂立利潤目標，以利潤目標為導向進行成本管控。成本策劃的實現(xiàn)途徑有以下幾種。

一般假性負載的選擇以整機正常工作時其消耗的功率不超過千分之五為宜。此處采用0805封裝，精度為5％，阻值為200K的電阻。

在高校中，擔任班主任的教師一般都比較年輕，大約在27歲-36歲之間。這些教師與大學生年齡差距較小，對生活充滿熱情，工作積極性高，與學生相處不容易產(chǎn)生代溝，能夠更好的融入學生群體，與學生進行溝通。

3 最終電路原理圖

結合前面的分析，可得實際應用電路圖如圖2所示。

圖2 實際制作電路圖

4 實際測試結果

表1給出了輸入電壓分別為175V、220V和265V時的輸出電流、整機效率和功率因數(shù)的關系。

表1 14W非隔離式驅(qū)動電源的輸入輸出關系

由表1可見，實測電流約為224mA，比設計值略小，這是由于測試時我們采用的是電子負載，而電子負載通常比實際燈具要“重”的緣故。

本電源電路使用CL1502作為控制芯片設計了一款輸出功率為14W的高性價比LED恒流電源。該驅(qū)動電源結構簡單，外圍元件少，成本低。實測表明，該方案的電流輸出精度在175V~265V范圍內(nèi)可達±3％，效率可達90％，而且價格低廉，具有極高的性價比，目前已廣泛應用于1.2米長的T5燈管中。

[1] Krames M R, Shchekin O B, Mueller M R. Status and future of high-power light-emitting diodes for solid-state lighting[J]. Journal of Display Technology, 2007, 3(2):160-175.

[2] 林方盛，蔣曉波，江磊，等. LED驅(qū)動電源綜述[J]. 照明工程學報，2012, 23: 96-101.

[3] GULL, RUAN X B, XU M, et al. Means of eliminating electrolytic capacitor in AC/DC power supplies for LED[J]. IEEE Transaction-son Power Electronics, 2009, 24(5): 1399~1408.

[4] CL1502 Data Sheet (http://www.chiplink-tech.com), 2009.

[5] 趙修科. 開關電源中磁性元器件[M]. 南京: 南京航天航空大學出版社, 2004.

[6] 徐強，董威，田俊杰, 等. 反激式開關電源變壓器的設計[J]. 中國測試，2009, 35(3): 74-77.

[7] 馬尼克塔拉. 精通開關電源設計[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2008.

TN949

：A

：1003-7551(2016)02-0011-04

2016-04-16

2015年“攀登計劃”廣東大學生科技創(chuàng)新培育專項資金項目

? 通訊作者：zhengzhu201@163.com