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APC機房UPS電源供應商
蘇州APCUPS電源代理商
APCUPS電源作為大功率電源家族的新成員之一，LED恒流驅動電源是國內照明、家居等領域中的應用新星，對電路設計的可靠性要求也非常高。在今天的文章中，我們將會就一種高效、安全的LED恒流驅動大功率電源的電路設計過程進行詳解和分析。
在該LED大功率電源的設計方案中，其電源主電路的設計圖如下圖圖1所示：
圖1 LED恒流驅動大功率電源電路圖
隔離反激式開關電源電路設計
在了解了這一LED恒流驅動電源的電路圖后，接下來我們首先來看一下在該電源方案的設計中，應該如何進行隔離反激式開關電源電路的設計。在該大功率電源的設計方案中，隔離反激式電源的拓撲結構典型電路如圖2所示。從圖2中可以看到，當開關管VT1導通時，高頻變壓器T一次繞組的感應電壓為上正下負，由于變壓器的初級繞組和次級繞組的同名端相反，此時次級繞組的整流二極管VD1處于截止狀態，初級繞組儲存能量。當開關管VT1截止時，變壓器初級繞組儲存的能量通過次級繞組和VD1。整流和電容C1，濾波后向負載輸出。
APCUPS電源從這種隔離反激式開關電源電路的運行模式中可以得出結論，電源變壓器在這個電路中有兩個作用，即：當開關管導通時，變壓器儲存能量。當開關管截止時，變壓器通過磁芯將能量傳遞給次級繞組，供給負載。這種拓撲結構的輸出功率一般在100w以內，且有較好的電壓調整率，如果需要精密控制輸出電流，可以在輸出回路串聯采樣電阻通過光耦反饋實現初級繞組和次級繞組的隔離。
圖2隔離反激式開關電源電路
開關變壓器的選擇與設計
與其他的開關電源一樣，LED恒流驅動電源的變壓器設計也同樣是整個方案的核心所在，這種反激式的開關變壓器在電路中起到兩個作用：儲能電感，當開關管導通時，初級繞組開始儲存能量；當開關管截止時，初級繞組儲存的能量通過磁芯傳遞給次級繞組。因此，該設計對于電感主要考慮的是是初級繞組的電感量和各繞組之間的匝數比。在計算這兩個參數的同時，也涉及到電源的輸入功率、輸出功率、效率和開關頻率等問題。在該LED大功率電源的設計方案中，整個電路的最大占空比為45%，效率預計為85%，輸出功率為40×0.35—14w，開關頻率為60kHz，經過理論計算并考慮裕量，本設計初級繞組的電感數值取1.5mH。根據測試結果，變壓器的磁芯系數為88.7μH，所以有初級繞組的匝數為130匝。
在本方案中，我們采用的是基于最大占空比的方法來確定變壓器匝數比。經過公式計算，當電源加到負載的電壓40V時，再考慮輸出二極管的壓降0.6V。則變壓器的匝數比為0.45，這里計算出來的結果是匝數比N的最小值。根據電感量的要求，初級繞組已經確定為130匝，則次級繞組的匝數為58.5匝，為了方便繞制，可將匝數取為60匝，匝數比N為0.46，對于反激式開關電源，最大占空比小于50%時，系統是固有穩定的，不用增加補償電路。
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功率因數校正電路設計
由于LED恒流驅動電源的電路中經常采用電感和電容等元件，因此很容易引起相位漂移，所以功率因數比較低，一般不會超過0.6，這就需要工程師采用相應的措施來提高電路中的功率因數。在該設計方案中，我們所采用的是平衡半橋補償電路法，來提升電路中的功率因數，其電路原理如圖3所示。
圖3平衡半橋補償電路圖
在使用了平衡半橋補償電路進行功率因數補償設置后，該電路中的電容C1和C2采用10μF/400V的電解電容，兩電容參數相同，通過電容的充放電作用，能夠增加導通角，在正半周期可以將導通角擴展到30°至150°在負半周期可拓展到210°至330°。因此通過該電路可以將功率因數從0.6提高到0.85-0.9。
以上就是本文針對LED恒流驅動大功率電源的電路設計過程，所進行的簡要分析和介紹，希望能夠對各位設計研發人員的工作有所幫助。
不過，由于三元鋰電池的安全性、高溫性能與磷酸鐵鋰電池相比較差，因此目前其還主要是應用于乘用車和專用車領域，而在對安全性要求更高的客車領域，其應用占比還相對較少，尤其是工信部裝備工業司司長張相木在2016中國電動汽車百人會上提出出于對動力電池安全問題的考慮，暫停三元鋰電池客車列入新能源汽車推廣應用推薦車型目錄的決定后，對三元鋰電池在客車領域的應用產生了嚴重影響，甚至可以說為中國三元鋰電池的未來發展蒙上了一層陰影。但可喜的是，在新能源乘用車和專用車的帶動下，中國三元鋰電池市場并未停下發展的步伐，仍繼續保持了高速增長。根據統計，2016年1-4月三元鋰電池在乘用車和專用車中搭載量的占比分別達到40.1%和52.4%，而在客車市場的占比僅為2.2%。
圖3 2016年1-4月中國不同車型三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池搭載量結構
數據來源：第一電動研究院，InnoATP整理
紐扣電池一般來說常見的有充電的和不充電的兩種,充電的包括3.6V可充鋰離子(LIR系列),3V可充鋰離子扣式電池(ML或VL系列);不充電的包括3V鋰錳扣式電池(CR系列)及1.5V堿性鋅錳扣式電池(LR及SR系列)。
依照成份來區分，常見鈕扣型電池的種類有鋰電池、堿性電池、、鋅空氣電池等。早期的水銀電池因環境污染問題，已被禁用。但除了型號以 BR, CR 開頭的鋰電池之外，其他的鈕扣電池可能仍含有少量水銀(即汞)，雖然近年來已有廠商開發出不含汞的堿性電池與氧化銀電池，但因技術與專利等原因，目前各國的乾電池禁汞令中，鈕扣電池仍然允許少量汞的存在，因此，對於用過的鈕扣電池，仍應置於規定的回收處所，勿隨意丟棄或混入垃圾而影響環境。
1氧化銀電池
該紐扣電池有使用壽命長、容量大等特點，應用十分廣泛，其應用量最大。該種電池由氧化銀作為正極，金屬鋅粉作為負極，電解液為氫氧化鉀或氫氧化鈉。通過鋅與氧化銀的化學作用產生電能。 氧化銀紐扣電池的厚度 (高度)有5.4mm、4.2mm、3.6mm、2.6mm、2.1mm五種規格，其直徑有 11.6mm、9.5mm、7.9mm、6.8mm四種規格。在選用時應根據其位置的大小，選擇其中一種。其常用的型號有AG1、AG2、AG3、AG1O、AG13、SR626等，其型號AG為日本標準，SR為國際標準型號。
2過氧化銀紐扣電池
該電池與氧化銀紐扣電池的結構基本相同，其主要區別是電池的陽極 (盂極)用過氧化銀做成。
3堿性錳紐扣電池
該電池具有容量大，低溫性能優良，其所用材料便宜、價格較低，能滿足需求較大電流連續放電的要求。其不足之處是能量密度不夠，放電電壓不夠平穩。該電池的正極用的是二氧化錳，負極用的是鋅，電解液用的氫氧化鉀，其標稱電壓為1.5V。
4水銀紐扣電池
又稱汞電池，它具有能在高溫條件下使用、能長期存儲、放電電壓平穩、機械性能好的特點。但其低溫特性不好。該電池的正極為水銀，負極為鋅，電解液可以是氫氧化鉀，也可以用氫氧化鈉。其標稱電壓為1.35V。
從電池的背面可以看到相應的標記
LR---水銀--1.5V
SR---水銀--1.55V
CR---鋰電--3V
ZA---鋅空--1.4V
LIR---二次鋰電--3.7V
4鋰離子紐扣電池
是二次紐扣電池，也是目前一款能夠多次充放電的紐扣電池；
標稱電壓：3.7V；充電電壓4.2V
隨著電子表、計算器、打火機、照像機等家用電器的日益普及，扣式電池(亦稱紐扣電池)，的應用愈來愈廣泛。形形色色的假冒偽劣扣式電池也乘虛而入。目前市場上擺賣的扣式電池，主要來自三方面：一是國內正規定點廠家，如常州電池廠獲國家銀質獎的達立牌氧化銀電池和天津電池廠的天星牌電池；二是正宗進口電池，如日本的東芝、索尼，美國的UCAR等；三是假冒、偽電池。 假冒、偽劣電池采用性能遠比氧化銀材料差許多的堿錳材料，它們大都來自浙江永嘉、溫嶺、福建石獅、廣東寶安等地。 識別偽劣貸，主要注意三個方面：
(1)是從電池標志上識別。它們一無商標、二無產地、三無生產日期、四無檢驗合格證，只是在電池上標有英文“BUTTON CELL”和日本“ボタソセル”，給人以外國制造的假象。
(2)從電池外觀上識別。這類電池負極的一側表面大部分鍍成黃色，給人以鍍“金”感。正極外殼底部易出現銹蝕斑點。
(3)從電池性能上識別。絕大多數堿錳電池容量低，通常不足國家標準1．55V，使用壽命短；容易漏液，腐蝕電器；電壓負載特性差，電池放電曲線呈急劇下降的斜線；容易產生氣脹，引起電池“鼓肚子。”
雖然，政府暫停對三元鋰電池客車的財政支持補貼，在一定程度上影響了三元鋰電池的發展，但總體來看，三元鋰電池的快速普及發展已是大勢所趨。未來，隨著三元鋰電池能量密度與性價比優勢的持續擴大，以及安全性能的不斷提升，其在各類車型上的應用占比還將持續提升，尤其是客車領域，相信其對三元鋰電池的應用開放不會讓大家等待太久，一經放開，將具有巨大增量空間。經過測算，InnoATP預計2016年中國三元鋰電池市場的需求量將達到9.0Gwh左右，同比將實現111%的高速增長，到2020年預計市場需求量更是將達到60Gwh左右，年均復合增長60%以上，使三元鋰電池逐漸成為市場中的主流產品。顯然，三元鋰電時代正悄然來臨，你準備好了嗎？望各電池企業緊抓市場趨勢與機遇，加快調整步伐，以促進自身快速發展。
