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非隔离电源工作原理

出处:网络整理 发布于:2017-12-28 | 519 次阅读

  随着电子行业的发展,对电源的要求越来越高,体积更小,可靠性更高,电源模块作为集成器件应运而生。其具有隔离作用,抗干扰能力强,自带保护功能,便于后期系统集成等优点被越来越广泛的应用。

  非隔离电源是用220V直接输入到电子电路,在通过电子元件降压输出,输入输出是通过电子元件直接连接的,所以称非隔离电源;

  非隔离开关电源的工作原理浅析

  在LED照明应用中,由于非隔离开关电源的效率较高,所以有较多客户青睐,占了一部分的市场份额。以SN3 910为代表,市场上有一系列类是功能的IC,如BP2808,SMD802,AM850,SN3910.。。。等。就价位来说,国内有些厂家的IC已经降到两块多人民币。所以对于低成本的应用,还是比较合理的选择。接下来以SN3910为例来说明此类IC的应用线路及思路。

  工作原理:

  1、当Q1导通时,输入电流Iin通过负载LED、电感L1、Q1到输入电源负极。LED等发光的同时L1电感中的电流慢慢上升,达到峰值,直到Q1断开,L1储存能量。

  2、当Q1断开时,由于“电容两端的电压不能突变,流过电感的电流不能突变。”的原理,流过L1电感的电流通过续流二级管D1,负载LED形成回路。电感中的电流从峰值下降到一个值(该值如果大于零,Q1导通,则工作在CCM;等于零,Q1立即导通,则工作在BCM;等于零,Q1没有及时导通,则DCM),直到Q1导通。

  注意:对于大部分的BUCK电路多设计工作在CCM,因为有以下两点好处:

  1、 工作在CCM,输出纹波电流比较小。

  2、 工作在CCM,输出电流比较好控制: Io=(ILpkh+ILpkl)/2

  这里的Io为输出电流有效值,ILpkh 和ILpkl分别为电感电流峰值和谷值。

  从DATAsheet可以看出:内部设置的VCS电压为:250mV,通过设置CS引脚到地的电阻,可以设置通过负载LED的峰值电流,那么是如何达到恒流的目的的呢?

  从公式Io=(ILpkh+ILpkl)/2,可知:通过RCS设置了ILpkh,如果能够设置ILpkl的话,问题就解决了。

  TOFF引脚到地的一个电容,用来设置TOFF(关断时间),在每个工作周期,有相同的关断时间;从电感的放电回路可以看出,如果在TOFF时间内,通过电感电流没有下降到0的话(CCM),那么Io=(ILpkh+ILpkl)/2能得到一个恒定的ILpkl,因此达到恒流的目的。

  这样我们可以考虑如何设置电感L1 、RCS、COFF了。以一个常用的一个实例来说明:

  INPUT:85~265Vac 50/60HZ

  OUTPUT: 40V 0.35A (12LED)

  首先:设置TOFF,从数据手册可以查到以下公式。

  假设:COFF=220,则:Toff=11.73uS。

  假定输出电流纹波系数为0.8,则:

  RCS=VCS/IPKH=0.25/(0.35+(0.35*0.8)/2)=0.51R

  计算电感量:

  L等于40*11.73/(0.35*0.8)=1.676mH

  LED驱动电源非隔离的优点、缺点:

  非隔离电源工作原理_非隔离电源有什么优缺点

  1、对灯具的安全规范要求高,人可以触摸到的非安规认证材料部分与电路需要加强绝缘。

  2、相对于隔离式,体积可以比较小,价格比较低。

  3、效率相对较高。

  非隔离电源一般都采用电感作为恒流控制的主要器件,基本上都是采用单组线圈绕制,加工容易并且磁芯也比较小,要求不高,很容易大批量生产。

  非隔离驱动的能效一般都可以做到0.93-0.96。

  非隔离驱动电源比隔离驱动电源的能效要高5%左右,也就是说使用非隔离驱动电源比使用隔离驱动电源可以节省电费5%左右。因为非隔离驱动电源效率高损耗低,所以内部元器件发热量小,整个驱动的温升也就低很多,驱动电源的使用寿命最主要取决于电解电容器的寿命,电解电容的寿命和温度有直接的关系,每降低10度温度电解电容器的寿命就会延长一倍,这样一来非隔离驱动电源就很容易做到比较长的寿命。

  非隔离LED驱动电源虽然有以上这么多优点但是也有它的缺点:

  非隔离驱动的输出端带电,人体不能够触摸到,一旦触摸到就有可能被触电的危险(因为它的输入电源与输出电源之间没有通过变压器隔离基本上是相通的,当人触及到输出线上时就等于触摸到输入电源线上一样有可能被电击)。

  不适宜做低电压大电流输出,如果这样做的话很难发挥它的那些优势,在成本方面也和隔离电源相差无几。

  通过上面的分析我们已经基本上了解到了LED非隔离驱动电源几方面的特点,也就不难可以很好地应用它了。

  只要灯具外壳达到了安规要求(塑料灯具外壳为首先,金属外壳灯具必须处理好灯板的走线和金属外壳之间的绝缘强度和爬电距离),或者说可以耐得住交流1500-2500V的绝缘耐压,就可以选用非隔离驱动电源,这样用起来不但效果好、寿命长而且又节省成本。

  对于上述的优缺点,大部分我们都很好理解,由于电源发生异常后,电源隔离与否对负载的危害大小,我们以Buck和它对应的隔离电路即正激电路来简单分析,如下列图示。

 非隔离电源工作原理_非隔离电源有什么优缺点

  非隔离电源工作原理_非隔离电源有什么优缺点

  非隔离电源工作原理_非隔离电源有什么优缺点

  由图1和图2可知,对于Buck电路而言,若开关管击穿短路,由于没隔离,输入端较高的电压,直接通过电感作用在负载端,负载很可能因为过压烧毁。

  由图3和图4可知,对于正激电路而言,同样开关管击穿短路,对负载而言,只是失去了供电的电源而断电,不会对负载本身造成其它影响。

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