LED电源实战的故障处理：闪灯及其对策

frankie.wang · 发表于 2016-8-23 09:21

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进进按语:

本文是业内顶尖照明行业专家叶鸣先生为鼎阳硬件智库特约专稿的第三篇。故障处理、案例分析类型的文章一般都是很受欢迎的。我看到这篇文章的标题就显得很"干货"。每次能收到“干货型”文章，我会打印出来，晚上沐浴更衣后，拿起笔，开始紧锁眉头进入“烧脑”模式。我对原创“干货”保持敬畏之心，试图能完整地消化吸收“干货”的营养。虽然最终没有完全消化吸收，但我的姿态确实是每次这样的: -)

叶大师对电路细节“洞察秋毫”，如“疱丁解牛”般轻松搞定看似很邪乎的问题！叶大师的境界还不止是“洞察秋毫”，他能用857个字（包括标点符号）将电路的起承转合讲得很明白。这857个字简直应收录到电力电子专业学生的入门教材中去！

令我意外的是，叶大师的这篇文章的前面讲起了他和鼎阳的“缘份”。这不禁令我想起整整十年前在欧司朗初识叶大师的情景。叶大师非常爱惜羽毛但又如此不吝为鼎阳示波器站台，实是令我感动不已！

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近来，很多的工程师反映，在批量生产LED时，总有一定比例的灯会闪烁，有的是开机闪烁几下就正常，有的是开机后闪个不停等等，形形色色的各种闪烁问题，觉得很困惑，找不到问题所在，经过一段时间的走访交流和实际的产品测试，我整理出了本文。本文从基本原理着手，通过示波器的检测手段，给出解决的方法，直接可以应用于批量生产的产品设计，下面慢慢说来！

说起鼎阳示波器，加上一段插曲，一个偶然的机会使我和鼎阳示波器结下了缘分，大约一年前，我帮助一个朋友做个高压电源，由于没有示波器，无法得到确切的数据，建议朋友买一个，朋友让我自己选择，选择的宗旨是，既要好用，又不能太贵，先要声明的是，当时我还不知道鼎阳有我的朋友在其中工作，选择完全是公平的，选择来选择去，经过好多品牌的示波器多方面的性能参数和价格对比，最后选择了SDS2204四通道的示波器，选择的理由很简单，待我细细道来：

1.采样率高，实时采样率高达2GSa/s，测试起来足够精确，；

2.存储深度深达28Mpts，象其他品牌存储深度只有几百K到1M的根本不在我的考虑范围之内，那种示波器无法测试足够长的瞬时波形，测测数字和信号非瞬时波形还可以，但是不能满足我的功率电子测试要求；

3.通带够宽，选择200M对我来说是绰绰有余了，虽然我平时只需要用20M；

4.屏幕大，整体看起来舒服；

5.存储的波形可以做文件资料打印；

6.通道多可以满足我同时测多点的要求，便于分析和解决问题；

7.价格又可以接受，能够满足测试电源的要求；

8.其他的我不一一叙说了，大家如有兴趣，可以自己看下性能参数。

顺便说下，测试电源的时候，一般情况下，带宽要限制在20M，这样，得到的图像就干净，可以避免了干扰信号杂波的介入，可以保证测试的准确性，等到后来得知朋友汪总过来鼎阳工作，觉得和鼎阳太有缘分了，所选的示波器尤其经过2次升级以后，屏幕测试的波形可以转成白底的图像，存储深度升级达到70Mpts，用起来更是很爽，无论是测试产品还是保存资料，都是我贴心的伙伴，目前一直在手头使用！最近我的文章的测试波形都是用此型号的示波器测试的！大家可以看到测试的效果！说起此段缘分，大家可别认为我在给鼎阳做广告，我说的的确可是真实的故事！

闲话少叙，进入正题。先介绍一下所见的闪灯的电源的原因。这些电源都是使用的流行的反激方案，各大半导体公司的方案在原理上都差不多，在参数上差别却比较大，下面先讲下原理和工作方式，然后讲解怎么通过用示波器测试，根据方案厂家的数据手册来解决闪灯的问题！

先介绍一下流行的LED驱动方案的工作原理：

如图1，这是各大半导体方案公司都能提供的通过市电供电的反激式LED驱动高频开关电源的基本电路图，各家的图大同小异，基本工作原理都相同，反激式高频开关电源的基本工作原理一般的书籍都有介绍，大家如有兴趣可以参考有关专业书籍，在这里为了节约篇幅就不重复了，我只提出和本文有关的重点部分和元器件的功能来简单讲解下。

图1.流行的LED驱动电源方案的示意图

市电经过保险丝F1后，由整流二极管D1,D2,D3,D4整流后经C1滤波后变成了直流电给高频开关电源工作，中心控制集成电路的启动电路由R1和C2构成，C2和中心控制IC的电源端并联在一起的，C2上的电压也就是IC的供电电压，当市电变成直流电供电的时候，这个直流电通过R1给C2充电，C2上电压就会上升，当这个电压上升到超过IC启动的电压时，IC就开始工作，DRI端输出驱动信号给功率MOS管，MOS管开始开关工作，把能量通过变压器T1的初级传递到次级，通过D7整流，C4滤波后，变成直流电提供给LED工作，从而点亮LED。

在这里，FB是通过通过圈数比的手段，探知LED的压降，CS是逐周监测MOS管的峰值电流，把LED这个压降、MOS管的占空比和峰值电流进行事先编排的计算，就可以实现次级无取样反馈的恒流电路，这就是次级无取样反馈电路的恒流工作原理。如果大家对这个恒流计算原理有兴趣，给我来信，我会写另外的文章来展示这个计算过程。这个电路在接上不同压降的负载时，通过负载的电流是一样的。

附加绕组T1-2有两个功能，第一是给IC提供供电，第二是感知输出绕组的压降，通过负载绕组和附加绕组的圈数比的方法可以感知负载的正常和异常。根据上面所说的恒流原理，这种电路方案根本不怕负载短路，当负载短路时，就把负载当作是一个压降等于零的LED来恒流就可以了，那么实际提供的功率也几乎是零，这样无论如何不会损害电路的。也就实现了负载短路保护功能了！

负载的开路保护功能是通过中心控制IC的VCC电压来实现的，当这个电压超过IC设计的一个固定电压时候，IC会让电路停止工作，通常这个电压在IC的数据手册上显示是电源电压的上限，当负载开路的时候，附加绕组会通过负载绕组感知负载LED的压降是很大，附加绕组上的电压也会成比例上升，由于输出是恒流，压降增大，输出功率也将无限增大，对这个功率上升如果不做控制，MOS的工作占空比和电流将会变得很大，这会有烧毁电路的危险，由于负载LED的压降会成比例地反映在附加绕组的电压上，解决的办法是在VCC电压上做个上限控制，如果电路的供电达到了VCC的上限电压，电路将停止工作，直到VCC电压下降到了复位电压以下，电路才可以自己开始重新工作。

理解了保护电路的工作原理，下面就不难对闪灯的故障进行分析处理了，这个故障的起因大都是由于变压器设计不合理，VCC的工作电压偏高，比较靠近上限了，加上元器件参数误差的影响，在批量生产时，就有部分出现闪灯情况，有时一直闪个不停，有时在启动时闪几下就能正常工作了，有时即时在工厂内不闪，产品到了客户手中使用时，由于VCC工作在接近极限状态下，使用环境的温度，湿度等环境因素的影响，可能会对VCC的值有点变化，都会造成客户使用时闪灯，或者时闪时不闪等各种闪灯现象等等。

解决办法：使用一台示波器，检查下VCC的工作电压即可，这里推荐一下VCC使用的典型值的选择，根据IC的数据手册，首先找到VCC的最大值和最小值，然后取中间值作为VCC的设计工作的典型电压，举个实际的例子，如果VCC的最大电压是27V，而停止工作的电压是9V的话，我们在设计时，在工程样品测试的时候，VCC应该就是18V，如果所测的VCC值偏大或者偏小，就要相应减少或者增加附加绕组的圈数。实际遇到的闪灯例子都是由于VCC工作电压接近IC的上限。

图2是实测的VCC启动时的波形，下面解说下：

图2。实测VCC启动波形

实测波形解说：

1.合上开关，在A点时候，R1向C2充电，这时电压逐渐升高；

2.当电压升高到达IC启动电压B点时，IC开始启动，由于IC工作要消耗电能，而R1上的电流不足以给IC供电，所以IC上电压稍稍有点跌落，然后当电路开始工作时，IC上的电压开始上升了，所以VCC在此有个低谷；

3.VCC电压开始上升了，但是这时由于变压器负载绕组电路的电容需要充电等，整个电路没有稳定，所以波形略有波动，VCC将会有个顶峰，如电路的C点；

4，过了这个顶峰，由于负载绕组电容的电已经差不多充满，电路趋于稳定，这是VCC的电压就稳定了，如电路的D点。

理解了这个波形，为了解决闪灯的问题，我们在设计的时候，通过对样品的检测来调整变压器附加绕组的圈数，控制VCC电压，就能彻底消除闪灯的问题！

另外加上一句，在选择IC的时候，由于国内的IC生产厂家众多，难免鱼目混杂，我们选择的IC的VCC工作电压的范围要宽，这样在批量生产的时候，比较好控制，尤其是兼容不同压降同样电流的负载时，VCC会随着负载的压降而改变，如果VCC范围较宽，就不容易发生闪灯的故障，如果选择的IC的VCC工作电压范围很窄，那就比较容易出现这样的故障了，最后就要对元器件参数的一致性要求比较严了，加上大量生产时难以控制多种负载的兼容性，到时麻烦会比较多的！

由于个人水平所限，错误难免，望大家提出宝贵意见！