一种新型LED中华灯供电电路设计

庄礼瑜

中华灯外观大方，一般有多个光源，大方得体，照明度高，景观效果好，是传统式的代表系列之一。中国的大中小城市均有安装大量的中华灯。传统中华灯是以每个光源配一个供电电源的供电方案。此方案的缺点有：效率低、PFC低、调光难、防水等级低、散热效果差、故障率高、成本高等。

针对以上不足，笔者提出一种新型LED中华灯供电电路设计方案，控制方法新颖，方案具体实用，提高中华灯的效率及稳定性，降低其成本，具有较高的经济效益，值得推广。

1 中华灯供电方案结构图

图1 中华灯供电方案结构图

中华灯整体供电方案模块图如图1所示，中华灯多个光源采用集中供电方式：包含宽电压输入、输出的LED开关电源电路，电气过应力防护电呼，过压触发旁路导通的电路。（1）宽电压输入、输出的开关 电源设计：①宽电压输入的电源以适应不同的应用电网环境；宽电压输出的电源适应不同电压的LED模组。②方案中用专用的辅助电源给主电源IC供电，这样确保主电源宽电压输出，并提高主电源效率。（2）在电源输出端增加了电气过应力防护模块，以防止LED模组故障开路时，触发旁路导通产生浪涌电流。保护LED灯珠不被击穿。（3）在中华灯每个光源中并上过压触发旁路导通电路，以防其中一个光源失效导致所有串联模组不亮（当某个模组失效开路，触发二极管就触发可控硅旁路导通）。

2 电路工作原理

2.1 主电源工作原理

图2 主电源工作原理图

如图2主电源工作原理，该LED驱动电源包含功率因数校正(PFC)和半桥谐振的控制器，优化用于离线LED照明。该器件集成实现极高能效和小型LED驱动器所需要的所有特性。它包含一个临界导通模式(CrM)升压控制器和一个半桥谐振控制器，并内置600V高边门极驱动器。半桥段采用固定频率工作。这器件根据控制器外部生成的反馈信号，通过调节PFC段的输出电压来稳流/压，且集成了PFC反馈引脚使能输入、PFC反馈环路开路保护，和PFC过压和欠压检测机制。电源还设计了PWM调光功能，可对该LED灯组整体调光，实现二次节能。

2.2 辅助电源工作原理

图3 辅助电源工作原理图

如图3辅助电源工作原理，其主要功能是给主电源IC提供稳定的电源，确保主电源IC稳定工作，提高主电源工作效率。其次，辅助电源还能给无线通信模块提供3.3V电源。由于通信模块电源与LED驱动电源分开供电，使得通信模块电源干扰小，通信更稳定。

2.3 电气过应力防护原理

图4 电气过应力防护原理图

介绍图4电气过应力防护原理之前，先介绍LED照明应用中电气过应力的产生，在LED照明应用中通常会产生电气过应力事件，导致LED光源生效。产生电气过应力事件的原因有：（1）当LED驱动电源输出端接触不良或带电插拔时，电源输出端电容就会瞬间放电产生浪涌电流。（2）本方案中，如果中华灯某个光源失效，触发二极管触发可控硅雪崩式导通，也会产生浪涌电流。（3）其它情况产生“电流尖锋”或“电压尖锋”。

电气过应力防护工作原理如图4，将LED电源输出端接入电气过应力防护模块，再将LED灯具接到限流模块上。设计电气过应力防护模块的限流值大于LED电源的限流值，并且小于LED灯具的额定电流的最大值。在LED常态工作中，Q1处于导通状态，电气过应力防护模块不工作，当发生浪涌电流时，Q1的S极电压升高，电气过应力防护模块开始限流，保护了LED灯珠。该电路设计简单，成本低。特别是Q2的发射集与集电集反接，使Q2即有放大器功能又有稳压二极管的功能。优化电路，节约成本。该方法在LED电源输出端接入电气过应力防护模块，LED电源本身为LED灯具常态恒流源，而电气过应力防护模块则起到了瞬态限流作用，相当于给LED灯具上了双保险，使LED灯具工作更可靠。

2.4 过压触发旁路导通电路

图5 过压触发旁路导通电路原理图

过压旁路电路原理：其电路中设计触发二极管的触发电压比LED模组工作电压高，这样在LED模组正常工作时，触发二极管上的电压未达到触发电压。可控硅不导通。当LED模组失效时，触发二极管电压升高达到触发电压。二极管导通。此时，整个多模组LED灯回路导通。其它LED模组正常亮灯。电路设计细节一，触发二极管前端加阻容虑波电路，防止尖峰电压的影响，误触发了触发二极管DB34；细节二，可控硅两端并联不同阻值电阻，以防多个LED模组失效，LED电源启动电压变高，导致电源无法启动其它模组。

3 结束语

采用集中供电方式给中华灯多个LED光源供电，解决了传统中华灯电源效率低、功率因数、调光难、产品成本高、稳定性差等问题。该方案电源效率最高达93%，功率因数达0.95以上；并可实现调光功能，实现二次节能。在实际工程应用中，采用集中供电方案的故障率降低了，节约了维护成本。该技术已经获批国家实用新型专利[1][2]。

[1]福建大旭光电有限公司.一种LED灯组[P].专利号：ZL201621358768.7，2017－09－12.

[2]福建大旭光电有限公司.一种LED宽压供电电源[P].专利号：ZL201621358767.2，2017－09－12.