自制简洁高效的LED恒流开关电源

冯旭升

深圳华美兴电源技术有限公司

自制简洁高效的LED恒流开关电源

冯旭升

深圳华美兴电源技术有限公司

由于半导体光电技术的进步，半导体灯开始全面取代传统的荧光灯、白炽灯成为照明领域的主流产品。

生产半导体灯不需要昂贵的专用生产设备和大面积的生产场地，有了专业生产厂家提供的主要零部件及结构件，生产过程就是简单的组装加工，因此，照明产业开始由原来白炽灯、荧光灯的制造业向LED灯的组装业过渡。

LED灯显著的节能效果，长久的使用寿命，广阔的市场前景，简单的生产工艺，拉动了产业运作，因此，这些年半导体照明成为一个热门行业蓬勃发展，LED灯的生产企业遍地开花。

要生产出性能好，可靠性高的LED灯，驱动LED工作的恒流电源是个核心部件。目前，LED灯生产企业大都向电源生产厂家订购电源。但是，外购电源除了成本因素外，无法掌控电源的品质、可靠性以及交货期是许多LED灯生产厂家的外伤。

本文介绍一种用HLQD1502恒流电源驱动模块制作的LED恒流开关电源，简洁易制，性能优良，适合电子技术力量不强的LED灯企业自行生产。

图1 模块底视图

HLQD1502恒流开关电源驱动模块内部集成了恒流开关电源的MOS管驱动，软启动，输出电压、电流检测与控制，以及各种保护电路，以此模块为核心控制器制作恒流开关电源，与传统方案相比外围电子元器件少，生产工艺简单，生产线上成品率高，电源产品性能好，可靠性高，体积小，成本低。

HLQD1502恒流电源驱动模块是一个5脚元件，尺寸13x12x6mm，图1是模块底视图。模块引脚功能如下：

1脚地线；2脚初级峰值电流检测；3脚MOS管驱动；4脚反馈信号及模块供电输入；5脚启动供电。

以此模块为核心控制器件制作的恒流电源具有以下特点：

1、市电宽电压输入，负载宽电压工作，稳定性好。

2、高功率因数，低输入电流谐波，符合安规要求。

3、原边检测控制输出电流电压，结构简单。

4、临界模式工作，逐脉冲电流限制，可靠性高。

5、输出短路、开路保护，反馈开路保护，过热保护。

HLQD1502模块可用于制作10—150瓦的恒流电源。如用EC28磁芯制作变压器做输出60V1A的抗雷击，抗浪涌的室外应用（如路灯、广告灯、装饰投光灯等）恒流开关电源，包括变压器在内元件数24个，电路板尺寸87×38mm，电源变换效率91%，功率因数0.97，输入电流谐波小于15%。实际电路的原理图及使用的元器件参数如图2所示。如果用EC42的磁芯制作变压器，可以做输出150瓦室外安规标准恒流电源，输出90V1.65A时变换效率约95%。电路板尺寸105x59mm。两种电源的PCB板分别如图3、图4所示。

用HLQD1502模块制作的LED电源是一个单端反激电压/电流变换器，和普通的手机充电器之类的单端反激电源相比有2点差别：

1、输入电流低谐波，对电网污染小。

输入的交流市电经整流后形成的单向脉动正弦波没有用大电解电容滤波转变成平滑直流，而是直接对单向脉动正弦波做反激变换，这样可以使电源变换器的输入电流波形跟随输入电压的正弦波波形，减少输入电流谐波成分，避免对电网产生谐波污染，影响电网的安全运行。

2、原边反馈检测次级电压，结构简单，效率高。

没有使用光藕之类的隔离传输元件向原边传送次级取样的误差信号，而是直接在原边的反馈绕组上间接的检测次级输出电压，再由模块内部电路做相应的运算处理产生控制信号调节主电路的占空比控制电路输出能量，以稳定输出电流并限制最高输出电压，简化了电路结构，消除了电流检测电阻功耗，提高了效率。

基本工作过程：

以图2实际电路为例：接通市电后正弦波交流电经抗雷击、抗浪涌电路限制尖峰后进入整流桥整流形成单向脉动的正弦波电压，模块5脚得到供电，经内部电路软启动延迟后在3脚输出正电压驱动MOS管导通，变压器初级绕组N1产生反向感应电势限制MOS管的电流增加速度，变压器磁芯随着电流的增加存储能量，此时次级绕组N3、反馈绕组N2和初级绕组N1相位相反，N3绕组对输出整流管产生负电压，输出整流管不通，反馈绕组N2加到模块4脚的电压也为负，保持模块3脚高电位状态。线性增加的初级电流经检测电阻R3产生一个检测电压加到模块2脚，当该电压达到模块内部的限定电压时电路翻转，模块3脚对地导通，MOS管截止，初级绕组N1感应电压反向，次级绕组N3感应电势也随之反向，输出整流管D2导通，存储在变压器内的能量向负载传输，同时反馈绕组N2上的感应电压也反相，对模块4脚提供一个和次级绕组N3成比例的电压为模块内的控制电路传递次级电压参数信号，经模块内部电路运算处理后产生控制信号调整MOS管导通脉宽，该绕组同时为模块提供工作电压。变压器的漏感能量经吸收二极管D1输送到吸收电容C3上再由吸收电阻R2和驱动模块共同消耗。变压器磁芯中存储的能量传输完之后次级绕组N3感应电压消失，反馈绕组N2感应电压也消失，模块内部触发器电路翻转，3脚再次输出高电位形成下一个驱动脉冲。

几个重要参数的设计原则

1、设定变压器初次级匝数比使负载电压最高时变压器次级绕组N3反射到初级绕组N1上的电压在70—120V之间。

此反射电压实际上影响的是MOS管工作时的占空比，反射电压取的越高占空比越大，MOS管的峰值电流越小，但MOS管的反峰电压越高，要求MOS管要有更高的耐压值。

如图2电路做60V1A输出的60瓦电源，可用EC28磁芯做变压器，磁芯中拄磨0.5mm的气隙，N1绕组用0.45的漆包线绕31圈，N3绕组用0.55的漆包线绕25圈，最高反射电压：

VFm=Vom÷N3×N1=65÷25×31=80.6V

2、设定反馈绕组N2的匝数使负载电压最高时变压器次级绕组N3反射到反馈绕组N2上的电压为20--21V。

此参数限定了电源的最高输出电压。N2的反射电压达到21V时电路就限制输出，因而也就限制了N2自身电压的进一步提高。。

图2 电路MOS管电流检测电阻：

图3

图4

N2绕组取8圈，输出电压最高65V时反馈绕组N2上的最高电压：

Vfm=Vom÷N3×N2=65÷25×8=20.8V

3、MOS管电流检测电阻的阻值由下式计算：

R=(0.125÷Io)×(N1÷N3) （Io为电源输出电流）

R3=（0.125÷1）×（31÷25）=0.125×1.24=0.15欧

生产流程

用HLQD1502驱动模块制作恒流开关电源，电路板上所有元器件都是插件元件，既适合大批量生产，也适合小批量生产。插完元件后过波峰焊或者锡炉浸焊，切脚机切脚，再经补修，目测没问题即可通电测试。只要使用的元器件质量良好，插件无错，经补修后确保没有虚焊、连焊，通电即可正常工作。