用于LED照明燈恒壓/恒流型開關電源的一體化設計

史丹青，張海紅（南京機電職業技術學院 自動化工程系，江蘇 南京211135）

用于LED照明燈恒壓/恒流型開關電源的一體化設計

史丹青，張海紅
（南京機電職業技術學院 自動化工程系，江蘇 南京211135）

針對目前LED照明燈電源存在的兩種類型問題，即：恒壓類型和恒流類型；提出了整合設計方案，已達到兩者類型相兼容的目的。采用了在反激式恒壓型開關電源電路的基礎上，增加輸出電流反饋電路設計的方法，應用選擇開關，可以在電壓型反饋電路與電流型反饋電路之間進行切換，從而決定了此電源具有恒壓和恒流工作類型。通過在9W的LED照明燈的實際試驗，測出的效率≥86%，并達到了恒壓/恒流型開關電源的一體化設計的功能要求。

開關電源；恒壓源；恒流源；LED電源

節約能源保護環境巳成為全世界的共識，隨著半導體技術的進步，釆用發光二極管取代白熾燈和熒光燈的照明是節能環保的首選。目前LED照明燈的發光二極管電路結構，分成串聯式或并聯式。串聯式使用的直流電源一般都是恒流源，而并聯式通常使用的直流電源一般都是恒壓源 。這就產生了在使用中二種類型的電源不能互換的問題，給使用和維護帶來了不方便，本課題就是針對這個問題，在二者電路的基礎上做了改進，很好地解決了二種類型的電源不兼容的問題，設計出了恒流/恒壓驅動開關電源合二為一的電路，實現了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照明燈是由發光二極管電路和電源電路兩部分構成。

1.1LED照明燈中發光二極管電路常用的連接方式

1.1.1并聯方式

把每個LED發光二極管都接在同一個電源上，同時加入均流電阻，如圖1所示。

LED照明燈這種并聯方式連接電路的優點是可靠性高和耐用性好，因為假如其中有個別發光二極管在使用中損壞了，它不會影響其他發光二極管的正常使用；缺點是要增加均流電阻，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光二極管的正常工作電壓。

1.1.2串聯方式

把每個LED發光二極管按陰陽極性連接在一起排列，如圖2所示。

圖1　LED并聯電路

圖2　LED串聯電路

LED照明燈這種串聯方式連接電路的優點是不需要均流電阻。缺點是可靠性低和耐用性差，因為假如其中只要有一個發光二極管在使用中損壞，將導致其他發光二極管都不能正常使用，燈就報廢了。此電路必須使用恒流型電源才能滿足發光二極管的正常工作電流。

1.2LED照明燈的電源電路

目前市場上用的電源都是單獨的恒流型或是恒壓型開關電源，文中設計的電源，是將恒流型電源和恒壓型電源進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：低啟動電流和工作電流；內置前沿消隱（LEB）；內置峰值電流補償和同步斜坡補償；內置抖頻功能可以降低EMI；逐周期限制電流；空載或輕載時降頻和跳周期工作模式；過載保護（過流保護、過壓保護）、欠壓保護、過溫保護、開環保護、輸出短路保護等。

1.2.2恒流/恒壓型開關電源一體化電路的設計原理

此電源是在反激式恒壓型開關電源的基礎上，進行了電路的改進與修改。電路原理描述如圖3所示。

圖3　設計原理圖

如圖3可知，電路由D1，D2，D3，D4，C1構成整流濾波電路；R2，C3提供HBS2268開關集成電路的初始起動電源；Q1是開關MOS管，Q1由導通到截止時，會在變壓器的初級繞組上產生尖峰電壓和感應電壓，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構成漏極鉗位保護電路；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構成整流濾波電路。

1）當此電源作為恒壓電源使用時，撥動選擇開關SA接通1，3連接點，輸出經過TL431穩壓管反饋，TL431的參考極上的電壓決定了輸出直流電壓的高低，TL431的陰極端驅動一個光耦的輸入端，光耦輸出端得到反饋電壓，用來調整HBS2268電源控制器的PWM控制口的開關時間，從而得到一個穩定直流電壓輸出。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，因為光耦二極管導通電流是1 mA，Ug是光耦導通壓降1 V左右。TL431工作電流：

IKA=Ug/R6IKA.≥1mA，才能保證光耦導通工作，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是開關電源的輸出電壓。

通過TL431的內部參考電壓2.5 V（UREF），可以求得：

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

開關電源的輸出電流：

W是照明燈中發光二極管的功率總和，取決于發光二極管并聯的個數，還取決于電源的設計功率大小。

2）當此電源作為恒流電源使用時，撥動選擇開關SA接通2，4連接點，在輸出回路中串聯了一個電流取樣可變電阻R12，使得把電流信號轉換成電壓信號，加到TL431的參考極上起到電流反饋的作用，通過TL431反饋調整使R12上的電壓值始終保持在2.5 V不變，即為TL431上的內部參考電壓UREF，實際使用中當R12的電阻值調整好后是不會改變的，則輸出的電流：

可見輸出電流恒定不變

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，由此得出結論，輸出電流的大小與負載發光二極管串聯的個數無關。

在LED照明燈的實際應用中I0的取值，就是發光二極管的工作電流值，根據使用的發光二極管額定電流，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　結束語

文中描述了在反激式恒壓型開關電源的基礎上，經過電路的拓撲改進，設計出了恒流/恒壓驅動開關電源合二為一的電路，實現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題，實現了LED照明燈恒流/恒壓型開關電源的一體化設計。

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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：201508116

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