史丹青，張海紅（南京機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 自動(dòng)化工程系，江蘇 南京211135）

用于LED照明燈恒壓/恒流型開(kāi)關(guān)電源的一體化設(shè)計(jì)

史丹青，張海紅
（南京機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 自動(dòng)化工程系，江蘇 南京211135）

針對(duì)目前LED照明燈電源存在的兩種類型問(wèn)題，即：恒壓類型和恒流類型；提出了整合設(shè)計(jì)方案，已達(dá)到兩者類型相兼容的目的。采用了在反激式恒壓型開(kāi)關(guān)電源電路的基礎(chǔ)上，增加輸出電流反饋電路設(shè)計(jì)的方法，應(yīng)用選擇開(kāi)關(guān)，可以在電壓型反饋電路與電流型反饋電路之間進(jìn)行切換，從而決定了此電源具有恒壓和恒流工作類型。通過(guò)在9W的LED照明燈的實(shí)際試驗(yàn)，測(cè)出的效率≥86%，并達(dá)到了恒壓/恒流型開(kāi)關(guān)電源的一體化設(shè)計(jì)的功能要求。

開(kāi)關(guān)電源；恒壓源；恒流源；LED電源

節(jié)約能源保護(hù)環(huán)境巳成為全世界的共識(shí)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，釆用發(fā)光二極管取代白熾燈和熒光燈的照明是節(jié)能環(huán)保的首選。目前LED照明燈的發(fā)光二極管電路結(jié)構(gòu)，分成串聯(lián)式或并聯(lián)式。串聯(lián)式使用的直流電源一般都是恒流源，而并聯(lián)式通常使用的直流電源一般都是恒壓源 。這就產(chǎn)生了在使用中二種類型的電源不能互換的問(wèn)題，給使用和維護(hù)帶來(lái)了不方便，本課題就是針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，在二者電路的基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，很好地解決了二種類型的電源不兼容的問(wèn)題，設(shè)計(jì)出了恒流/恒壓驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電源合二為一的電路，實(shí)現(xiàn)了LED照明燈電源的通用性和互換性。

1　LED照明燈電路的描述

LED照明燈是由發(fā)光二極管電路和電源電路兩部分構(gòu)成。

1.1LED照明燈中發(fā)光二極管電路常用的連接方式

1.1.1并聯(lián)方式

把每個(gè)LED發(fā)光二極管都接在同一個(gè)電源上，同時(shí)加入均流電阻，如圖1所示。

LED照明燈這種并聯(lián)方式連接電路的優(yōu)點(diǎn)是可靠性高和耐用性好，因?yàn)榧偃缙渲杏袀€(gè)別發(fā)光二極管在使用中損壞了，它不會(huì)影響其他發(fā)光二極管的正常使用；缺點(diǎn)是要增加均流電阻，但阻值較小功率不大。此電路必須使用恒壓型電源才能滿足發(fā)光二極管的正常工作電壓。

1.1.2串聯(lián)方式

把每個(gè)LED發(fā)光二極管按陰陽(yáng)極性連接在一起排列，如圖2所示。

圖1　LED并聯(lián)電路

圖2　LED串聯(lián)電路

LED照明燈這種串聯(lián)方式連接電路的優(yōu)點(diǎn)是不需要均流電阻。缺點(diǎn)是可靠性低和耐用性差，因?yàn)榧偃缙渲兄灰幸粋€(gè)發(fā)光二極管在使用中損壞，將導(dǎo)致其他發(fā)光二極管都不能正常使用，燈就報(bào)廢了。此電路必須使用恒流型電源才能滿足發(fā)光二極管的正常工作電流。

1.2LED照明燈的電源電路

目前市場(chǎng)上用的電源都是單獨(dú)的恒流型或是恒壓型開(kāi)關(guān)電源，文中設(shè)計(jì)的電源，是將恒流型電源和恒壓型電源進(jìn)行一體化整合而成的電源。此電源的控制器是集成電路HBS2268。

1.2.1HBS2268控制器

表1　HBS2268控制器引腳功能

HBS2268控制器的特性：低啟動(dòng)電流和工作電流；內(nèi)置前沿消隱（LEB）；內(nèi)置峰值電流補(bǔ)償和同步斜坡補(bǔ)償；內(nèi)置抖頻功能可以降低EMI；逐周期限制電流；空載或輕載時(shí)降頻和跳周期工作模式；過(guò)載保護(hù)（過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)）、欠壓保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、開(kāi)環(huán)保護(hù)、輸出短路保護(hù)等。

1.2.2恒流/恒壓型開(kāi)關(guān)電源一體化電路的設(shè)計(jì)原理

此電源是在反激式恒壓型開(kāi)關(guān)電源的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了電路的改進(jìn)與修改。電路原理描述如圖3所示。

圖3　設(shè)計(jì)原理圖

如圖3可知，電路由D1，D2，D3，D4，C1構(gòu)成整流濾波電路；R2，C3提供HBS2268開(kāi)關(guān)集成電路的初始起動(dòng)電源；Q1是開(kāi)關(guān)MOS管，Q1由導(dǎo)通到截止時(shí)，會(huì)在變壓器的初級(jí)繞組上產(chǎn)生尖峰電壓和感應(yīng)電壓，其與直流高壓疊加在MOS管的漏極上，容易損壞MOS管，因此C2，R3，D6構(gòu)成漏極鉗位保護(hù)電路；R1是電流反饋電阻；變壓器T1的2，7繞組給HBS2268提供工作電壓，D7為肖特基二極管與C6構(gòu)成整流濾波電路。

1）當(dāng)此電源作為恒壓電源使用時(shí)，撥動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)SA接通1，3連接點(diǎn)，輸出經(jīng)過(guò)TL431穩(wěn)壓管反饋，TL431的參考極上的電壓決定了輸出直流電壓的高低，TL431的陰極端驅(qū)動(dòng)一個(gè)光耦的輸入端，光耦輸出端得到反饋電壓，用來(lái)調(diào)整HBS2268電源控制器的PWM控制口的開(kāi)關(guān)時(shí)間，從而得到一個(gè)穩(wěn)定直流電壓輸出。UKA是TL431的陰極電壓，最小值是2.5 V，最大可承受的電壓是36 V，IKA是TL431的工作電流，最小工作電流是1 mA，因?yàn)楣怦疃O管導(dǎo)通電流是1 mA，Ug是光耦導(dǎo)通壓降1 V左右。TL431工作電流：

IKA=Ug/R6IKA.≥1mA，才能保證光耦導(dǎo)通工作，光耦二極管能承受的最大電流在50mA左右。

因此光耦的限流電阻：

R6=（U0-Ug）/IKAU0是開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓。

通過(guò)TL431的內(nèi)部參考電壓2.5 V（UREF），可以求得：

U0=2.5×（1+R8/R9）在LED照明燈的實(shí)際應(yīng)用中U0的值，就是發(fā)光二極管的工作電壓值，一般取值為 3～3.5 V，由此可以計(jì)算出R8，R9電阻的比值。

開(kāi)關(guān)電源的輸出電流：

W是照明燈中發(fā)光二極管的功率總和，取決于發(fā)光二極管并聯(lián)的個(gè)數(shù)，還取決于電源的設(shè)計(jì)功率大小。

2）當(dāng)此電源作為恒流電源使用時(shí)，撥動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)SA接通2，4連接點(diǎn)，在輸出回路中串聯(lián)了一個(gè)電流取樣可變電阻R12，使得把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，加到TL431的參考極上起到電流反饋的作用，通過(guò)TL431反饋調(diào)整使R12上的電壓值始終保持在2.5 V不變，即為T(mén)L431上的內(nèi)部參考電壓UREF，實(shí)際使用中當(dāng)R12的電阻值調(diào)整好后是不會(huì)改變的，則輸出的電流：

可見(jiàn)輸出電流恒定不變

改變R12可變電阻值的大小，可以決定輸出電流的大小，此電阻值越小輸出的恒流電流就越大，由此得出結(jié)論，輸出電流的大小與負(fù)載發(fā)光二極管串聯(lián)的個(gè)數(shù)無(wú)關(guān)。

在LED照明燈的實(shí)際應(yīng)用中I0的取值，就是發(fā)光二極管的工作電流值，根據(jù)使用的發(fā)光二極管額定電流，從以上公式中，可以得到R12可變電阻值的大小，如：I0=350mA，R12= 2.5/0.35=7.1Ω。

2　結(jié)束語(yǔ)

文中描述了在反激式恒壓型開(kāi)關(guān)電源的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)電路的拓?fù)涓倪M(jìn)，設(shè)計(jì)出了恒流/恒壓驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電源合二為一的電路，實(shí)現(xiàn)了電源的通用性和互換性，解決了LED照明燈二種類型電源不兼容的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了LED照明燈恒流/恒壓型開(kāi)關(guān)電源的一體化設(shè)計(jì)。

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Integrated design of constant pressure and constant currentmode sw itching power supp ly for LED lam p

SHIDan-qing，ZHANG Hai-hong
（Departmentof Automation Engineering，Nanjing Institute ofMechatronic Technology，Nanjing 211135，China）

In view of the current LED lamp power supply two types of problems，namely:constant voltage type and constant current type；put forward the integrated design scheme，has reached the purpose of the compatibility between the two types. Themethod of increasing output current feedback circuit is used to design the feedback circuitof the flyback type.It can be used to switch between the voltage feedback circuitand the current feedback circuit.Through practicalexperiments in the 9W LED lamp，measured efficiency ismore than or equal to 86%and reached the constantvoltage/currentswitching power supply integrated design of the functional requirements.

switching power supply；constant voltage source；constant current source；LED power supply

TN99

A

1674-6236（2016）19-0139-02

2015-08-21稿件編號(hào)：201508116

史丹青（1962—），男，江蘇南京人，高級(jí)工程師。研究方向：電力電子、自動(dòng)化。