筒灯非隔离6W无频闪LED恒流电源（NO.1）

介绍：本文的目的是让朋友们能熟悉制作一下筒灯的电源电路。（推荐一本绿色封面的《LED照明驱动电源模块化设计技术》的书本，我也是在这本书上学习的，对LED光源和LED电源知识讲解的很通透）(由于还不熟悉立创EDA的操作，我会在附件上传AD格式的PCB和图片说明)

 

恒流电源的特点：

输出电流是固定的，带负载的时候只能使用电压带载，不能用来给家用电子产品供电，因为他的输出电压是浮动的会损坏电器设备，不能用来带纯阻性负载，只适用于发光二极管，各种二极管等压降型的负载。

 

隔离与非隔离：

隔离常用的是FLYBACK电路，它的工作原理是电源IC控制MOS管开关，给变压器初级线圈充电，电能转化为磁能，磁能再转化为电能给次级线圈供电输出，中间是电气隔离的，输出导线与市电并没有直接连通，所以比较安全，不容易漏电触电。

非隔离常用的是BOOST和BUCK电路，输出导线有一路是和市电直接连通的，分为浮地和浮正。浮地电路的正极直接与市电连通，如果漏电到电器产品的外壳，人体触碰到后与水泥地或墙壁会产生压降，导致发生触电事故。非隔离常用于人体平时无法触碰到的电器上如天花板的吸顶灯和面板灯。

 

低PF值（PF<0.6）的LED驱动电源：用整流桥把市电变为脉冲电后再用大容量电解滤波充放电使AC220V交流电转化为DC310V平滑的直流电，然后从这个直流电取电工作。缺点：产生40~50%的无功功率，浪费电网资源，电流大，对家装电路布线成本大(关键词:功率因数，视在功率，有功功率)，低PF电源产生的谐波也很大，会反向污染电网中的其他设备(关键词：多次谐波)。优点：没有频闪或频闪值很低，普通相机都拍不出来，适合专注用眼的场合。

如图所示，电流总谐波会比较大，功率因数也比较低，输出纹波电压和纹波电流比较低，这个参数是和频闪值有关的。

 

高PF值（PF>0.9）的LED驱动电源：用整流桥把市电变为脉冲直流电后不需要加大容量电解滤直，带PFC调整的电源IC将直接从脉冲直流电取电进行工作。缺点：有频闪，手机相机能拍出来，对专注用眼的时候有危害。优点：功率因数高，能节省电网的电(国家的电大多数都是火力发电的，每节省一点电能，就少排放点燃烧废气，所以欧洲对照明驱动电源有环保节能这条规定，但国内目前没有明确规定)，产生的谐波也少，使同一电网里的电器工作环境更加健康。

如图所示，电流总谐波比较小，功率因数较高，输出纹波电压和纹波电流比较大，有频闪。

 

能把PF值做高而且不产生频闪的方案常见的有这几种：

1.填谷电路(把低PF恒流的大电解滤波改为填谷滤波)

2.PFC升压双极电路(前级使用PFC升压IC做恒压电电源供电给后级使用不带PFC的常规恒流IC工作)

3.前级使用PFC降压恒流方案，后级使用频闪补偿芯片控制去频闪

4.LLC方案

 

接下来我们使用的是填谷电路，填谷电路有优点也有缺点，填谷电路的基础抗浪涌能力比较强，加两个压敏就随随便便可以抗2.5KV以上的浪涌，因为有电解容量大吸收能量的优势；PF值大多数只能做到0.8~0.9这个区间，没法提升到0.95；而且灯压带载电压带不高，这个原因是BUCK电路输入的工作电压必须大于输出电压并预留一定的空间，而填谷电路的最低工作输入直流电压为(AC电压*0.7-40V)>输出灯压才能正常工作，假设我家里电网的电压是AC230V，那我能做的灯串电压最高可以230*0.7-40=DC120V，如果超出了这个范围，频闪将很难去除。

如图所示，电流总谐波介乎上面两种方案之间，功率因数也是，但是输出纹波电压和纹波电流较低。

废话不多说，了解完就开始实践了，接下来我们就开始设计。

首先我们先看看规格书推荐的原理图(这里使用的是BP9912A晶丰的方案)打算设计成AC175V~AC265V的输入，然后90V   65MA的输出，效率约90%，输入功率在6.5W左右(上图)

这里是一个低PF的电流，我们先了解一下填谷的原理，然后在原理上画成填谷滤波电路

画好原理图了，接下来我们开始绘制PCB板

一下子又画完了，然后检查好网络没有错之后，上嘉立创下单助手下了一个单面板的订单(上图的是单面板画法)

然后在淘宝上找了一下筒灯2.5寸开口8CM左右直径9.8CM的，很多含泪2.5元买一送一包邮的廉价筒灯，买回来把原本装的灯板丢掉，换上自己画的灯板(公模板框图在附件)

灯外壳买回来了，然后计算用上面的填谷(AC电压*0.7-40V)>输出灯压的公式算一下，我家的市电是AC240V，灯压必须小于DC125V。选用3V/0.5W   150MA灯珠(前面有说IC的能做的最大电流大约是60~90ma左右，灯珠电流必须比输出电流大，最好做7成以下，不然发热量大和灯珠寿命会短，很快导致光衰)。

我把灯压设计成90V，1并30串，3V/0.5W灯珠，然后就可以画灯板了(公模板框图在附件)

画好之后发嘉立创下单助手打铝基板，然后再淘宝网购一些外壳线材之类的回来

 

在这等待线路板回来的期间，我们计算一下上面电子元器件的参数

F1:这里在画板的时候画塑装方盒保险或者线绕保险电阻都可以，火零线短路，线绕电阻炸毁的时候会把桌子炸黑，方盒保险会好一点。

线绕保险电阻的计算公式：I²R<额定功率的1/2。 这里的I是最低输入电流，我按AC175V，PF=0.8，6.5W来算，交流电输入电流 I=输入功率/功率因数/输入电压=6.5/0.8/175=0.046A ，我这里选用一个15R  0.5W的线绕电阻套进公式看看是否合理0.046*0.046*15=0.032W 这个参数是AC175时这个6.5W驱动上的线绕保险电阻所承受的功率，小于额定功率0.5W的1/2，0.032W<0.25W明显是合理的。(为什么是额定功率的1/2呢，因为超过1/2运行的时候线绕电阻的工作温度就会很高，甚至烧融塑料外壳) 

U1：BP9912A TO-92这个在1688上面能买到，实在买不到找我给你寄点。

桥堆和填谷二极管因为电流非常小的原因，这里用A7 SOD-123

D8：这个是从DRAIN脚和电感直径跨接到输出正极的一个续流作用的二极管，这里推荐使用超快管ES1J，1A 600V，千万别使用低压二极管，这个点位的电压有几百伏，忘了装这个二极管就上电大概率会炸鸡，电感的反压会反回去把开关管冲坏。

C1：这个是IC的VCC电容，固定了就是1uF

R3：这个是假负载电阻，负责压制无限上漂的空载电压，阻值太大压不住，阻值太小就会发热和吃效率。这里推荐用一个1206  100K

CB1：这里这个CBB电容只有微小的作用，但是容量不要太大了，不然PF会被拉低，推荐47nF以下

CX1：安规电容，这个不多说作用，装不装看个人选择，不能装容量太大，会拉低PF值，推荐0.047uF以下

EC3：这款IC是没有空载限制的，所以没有带载的时候空载等于输入电压，这里建议用400V，容量肯定是大点会比较好，我用了2.2uF，不计成本的话可以选用10uF  22uF这种容量大的，能让它输出纹波电流更低，纹波电流太大对灯珠寿命也是有影响的。

EC1 EC2：这个的容量值不太好计算，这个是和去频闪的效果有关的，容量大点效果会好点，还是得看实测去频闪效果来定，按以往的设计经验AC175~265V输入，大约是容量和功率的比值是1：1.6，也就是我们6W的驱动应该使用3.7uF左右的电容，这里我们选择了3.3uF(4.7uF会更好）。耐压值选250V足够了。因为充电的时候两个电解电容是串联状态，串联分压，单个电容上的压降只有一百多伏。

R2：这个是IC的电流采样电阻，就是调输出电流用的，通常是IC的CS脚串采样电阻对地。

 

开头说了我们打算设计65MA电流左右，那么我们用这两条公式反推出IPK应该是130MA，然后第二条公式反推出 RCS=600/130=4.615Ω，找接近的参数4.7Ω 1206

L1：电感的设定也是看公式，这里有已知的参数VLED是我们设定的90V灯，VIN是AC电压*0.7=155V，IPK刚刚算出来是130MA，这里换算成0.13A，F是工作频率，工作频率一般设计成40~90KHZ这个区间都是能正常工作的，我们折中选择60KHZ，开始计算{90*(155-90)}/{60*0.13*155}=5850/1209=4.83mH，约为选市面上的通用规格4.7mH。目前封装暂定6*8的工字电感，到时候实测温度太高或者卡示波器有电感饱和波形的时候我们再换大一款电感，工字电感8*10或9*12。

等待了一周后~板子回来了

速速粘锡膏贴灯珠然后放发热台上加热焊接，焊好之后我就要装进灯里了

盖上面罩就完成了

 

贴完板后用电子负载带了90V看看

 

然后顺便用红外探测仪看一下有没有不对劲的地方

这个6*8的电感温度不算高也不算低，上示波器看看电感的波形吧(地线夹子焊IC地，探头夹子焊IC的CS引脚）

这个时候你会发现频率在不断的变化，这是因为输入电压在不断的变化，输入给电源的供电电压并不是恒定的DC155V，是因为本来输入是DC220→DC0V→DC220V这样的脉冲波，填谷电容组吸收了220V的电之后，在155V的时候释放出来了变成了DC220→DC155V→DC220V这样的脉冲波

阅读关于填谷的文章(一种简单的提高功率因数的电路 (qq.com))

看了一下实测最低频率17.3uS就是57kHz，和我的设计值差不多，但是这个过程中发现电感有非常非常轻微的饱和

在三角形的最尾部有凸起的表现，这是因为电感负载的电流过大，电感承受不了，一般情况下需要调整：增加工作频率(电子元器件那些事儿：电感量大小与开关频率的关系-电源网星球号 (dianyuan.com))，增加气隙(变压器骨架的磁芯可以磨)，减少带载电流等方法

老化了一段时间后，并没有太大的变化，感觉这个饱和还能接受，就不打算更换这个6*8电感了

（下面放一个电感饱和的图，这个是我额外做的参考图，并不是本作品的）最尾的部分凸起来，就是电感饱和了

然后开始装壳盖上测试整灯功率比预计的少了0.5W，那是因为我忘了灯珠VF值这个东西，虽然我设计的90V是按30串3伏来设计的，但是二极管的压降VF和电流是正比的关系，我电流比较小，发光二极管的压降就低了，整体灯压就变成81.7V的功率也相对的低了。无伤大碍。。

用相机的录像调到60帧照着灯板，看不到光暗闪烁就是无频闪了。

制作就完成了，然后把灯具放到一个密封的箱子里长期老化，坏了我再回来说吧~

 

结束

 

还会出续集，做其他款式的~