一種新型LED中華燈供電電路設(shè)計

莊禮瑜

中華燈外觀大方，一般有多個光源，大方得體，照明度高，景觀效果好，是傳統(tǒng)式的代表系列之一。中國的大中小城市均有安裝大量的中華燈。傳統(tǒng)中華燈是以每個光源配一個供電電源的供電方案。此方案的缺點有：效率低、PFC低、調(diào)光難、防水等級低、散熱效果差、故障率高、成本高等。

針對以上不足，筆者提出一種新型LED中華燈供電電路設(shè)計方案，控制方法新穎，方案具體實用，提高中華燈的效率及穩(wěn)定性，降低其成本，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣。

1 中華燈供電方案結(jié)構(gòu)圖

圖1 中華燈供電方案結(jié)構(gòu)圖

中華燈整體供電方案模塊圖如圖1所示，中華燈多個光源采用集中供電方式：包含寬電壓輸入、輸出的LED開關(guān)電源電路，電氣過應(yīng)力防護(hù)電呼，過壓觸發(fā)旁路導(dǎo)通的電路。（1）寬電壓輸入、輸出的開關(guān) 電源設(shè)計：①寬電壓輸入的電源以適應(yīng)不同的應(yīng)用電網(wǎng)環(huán)境；寬電壓輸出的電源適應(yīng)不同電壓的LED模組。②方案中用專用的輔助電源給主電源IC供電，這樣確保主電源寬電壓輸出，并提高主電源效率。（2）在電源輸出端增加了電氣過應(yīng)力防護(hù)模塊，以防止LED模組故障開路時，觸發(fā)旁路導(dǎo)通產(chǎn)生浪涌電流。保護(hù)LED燈珠不被擊穿。（3）在中華燈每個光源中并上過壓觸發(fā)旁路導(dǎo)通電路，以防其中一個光源失效導(dǎo)致所有串聯(lián)模組不亮（當(dāng)某個模組失效開路，觸發(fā)二極管就觸發(fā)可控硅旁路導(dǎo)通）。

2 電路工作原理

2.1 主電源工作原理

圖2 主電源工作原理圖

如圖2主電源工作原理，該LED驅(qū)動電源包含功率因數(shù)校正(PFC)和半橋諧振的控制器，優(yōu)化用于離線LED照明。該器件集成實現(xiàn)極高能效和小型LED驅(qū)動器所需要的所有特性。它包含一個臨界導(dǎo)通模式(CrM)升壓控制器和一個半橋諧振控制器，并內(nèi)置600V高邊門極驅(qū)動器。半橋段采用固定頻率工作。這器件根據(jù)控制器外部生成的反饋信號，通過調(diào)節(jié)PFC段的輸出電壓來穩(wěn)流/壓，且集成了PFC反饋引腳使能輸入、PFC反饋環(huán)路開路保護(hù)，和PFC過壓和欠壓檢測機(jī)制。電源還設(shè)計了PWM調(diào)光功能，可對該LED燈組整體調(diào)光，實現(xiàn)二次節(jié)能。

2.2 輔助電源工作原理

圖3 輔助電源工作原理圖

如圖3輔助電源工作原理，其主要功能是給主電源IC提供穩(wěn)定的電源，確保主電源IC穩(wěn)定工作，提高主電源工作效率。其次，輔助電源還能給無線通信模塊提供3.3V電源。由于通信模塊電源與LED驅(qū)動電源分開供電，使得通信模塊電源干擾小，通信更穩(wěn)定。

2.3 電氣過應(yīng)力防護(hù)原理

圖4 電氣過應(yīng)力防護(hù)原理圖

介紹圖4電氣過應(yīng)力防護(hù)原理之前，先介紹LED照明應(yīng)用中電氣過應(yīng)力的產(chǎn)生，在LED照明應(yīng)用中通常會產(chǎn)生電氣過應(yīng)力事件，導(dǎo)致LED光源生效。產(chǎn)生電氣過應(yīng)力事件的原因有：（1）當(dāng)LED驅(qū)動電源輸出端接觸不良或帶電插拔時，電源輸出端電容就會瞬間放電產(chǎn)生浪涌電流。（2）本方案中，如果中華燈某個光源失效，觸發(fā)二極管觸發(fā)可控硅雪崩式導(dǎo)通，也會產(chǎn)生浪涌電流。（3）其它情況產(chǎn)生“電流尖鋒”或“電壓尖鋒”。

電氣過應(yīng)力防護(hù)工作原理如圖4，將LED電源輸出端接入電氣過應(yīng)力防護(hù)模塊，再將LED燈具接到限流模塊上。設(shè)計電氣過應(yīng)力防護(hù)模塊的限流值大于LED電源的限流值，并且小于LED燈具的額定電流的最大值。在LED常態(tài)工作中，Q1處于導(dǎo)通狀態(tài)，電氣過應(yīng)力防護(hù)模塊不工作，當(dāng)發(fā)生浪涌電流時，Q1的S極電壓升高，電氣過應(yīng)力防護(hù)模塊開始限流，保護(hù)了LED燈珠。該電路設(shè)計簡單，成本低。特別是Q2的發(fā)射集與集電集反接，使Q2即有放大器功能又有穩(wěn)壓二極管的功能。優(yōu)化電路，節(jié)約成本。該方法在LED電源輸出端接入電氣過應(yīng)力防護(hù)模塊，LED電源本身為LED燈具常態(tài)恒流源，而電氣過應(yīng)力防護(hù)模塊則起到了瞬態(tài)限流作用，相當(dāng)于給LED燈具上了雙保險，使LED燈具工作更可靠。

2.4 過壓觸發(fā)旁路導(dǎo)通電路

圖5 過壓觸發(fā)旁路導(dǎo)通電路原理圖

過壓旁路電路原理：其電路中設(shè)計觸發(fā)二極管的觸發(fā)電壓比LED模組工作電壓高，這樣在LED模組正常工作時，觸發(fā)二極管上的電壓未達(dá)到觸發(fā)電壓。可控硅不導(dǎo)通。當(dāng)LED模組失效時，觸發(fā)二極管電壓升高達(dá)到觸發(fā)電壓。二極管導(dǎo)通。此時，整個多模組LED燈回路導(dǎo)通。其它LED模組正常亮燈。電路設(shè)計細(xì)節(jié)一，觸發(fā)二極管前端加阻容慮波電路，防止尖峰電壓的影響，誤觸發(fā)了觸發(fā)二極管DB34；細(xì)節(jié)二，可控硅兩端并聯(lián)不同阻值電阻，以防多個LED模組失效，LED電源啟動電壓變高，導(dǎo)致電源無法啟動其它模組。

3 結(jié)束語

采用集中供電方式給中華燈多個LED光源供電，解決了傳統(tǒng)中華燈電源效率低、功率因數(shù)、調(diào)光難、產(chǎn)品成本高、穩(wěn)定性差等問題。該方案電源效率最高達(dá)93%，功率因數(shù)達(dá)0.95以上；并可實現(xiàn)調(diào)光功能，實現(xiàn)二次節(jié)能。在實際工程應(yīng)用中，采用集中供電方案的故障率降低了，節(jié)約了維護(hù)成本。該技術(shù)已經(jīng)獲批國家實用新型專利[1][2]。

[1]福建大旭光電有限公司.一種LED燈組[P].專利號：ZL201621358768.7，2017－09－12.

[2]福建大旭光電有限公司.一種LED寬壓供電電源[P].專利號：ZL201621358767.2，2017－09－12.