APCUPS电源作为大功率电源家族的新成员之一，LED恒流驱动电源是国内照明、家居等领域中的应用新星，对电路设计的可靠性要求也非常高。在今天的文章中，我们将会就一种高效、安全的LED恒流驱动大功率电源的电路设计过程进行详解和分析。

　　在该LED大功率电源的设计方案中，其电源主电路的设计图如下图图1所示：

图1 LED恒流驱动大功率电源电路图

　　隔离反激式开关电源电路设计

　　在了解了这一LED恒流驱动电源的电路图后，接下来我们首先来看一下在该电源方案的设计中，应该如何进行隔离反激式开关电源电路的设计。在该大功率电源的设计方案中，隔离反激式电源的拓扑结构典型电路如图2所示。从图2中可以看到，当开关管VT1导通时，高频变压器T一次绕组的感应电压为上正下负，由于变压器的初级绕组和次级绕组的同名端相反，此时次级绕组的整流二极管VD1处于截止状态，初级绕组储存能量。当开关管VT1截止时，变压器初级绕组储存的能量通过次级绕组和VD1。整流和电容C1，滤波后向负载输出。

　　APCUPS电源从这种隔离反激式开关电源电路的运行模式中可以得出结论，电源变压器在这个电路中有两个作用，即：当开关管导通时，变压器储存能量。当开关管截止时，变压器通过磁芯将能量传递给次级绕组，供给负载。这种拓扑结构的输出功率一般在100w以内，且有较好的电压调整率，如果需要精密控制输出电流，可以在输出回路串联采样电阻通过光耦反馈实现初级绕组和次级绕组的隔离。

图2隔离反激式开关电源电路

　　开关变压器的选择与设计

　　与其他的开关电源一样，LED恒流驱动电源的变压器设计也同样是整个方案的核心所在，这种反激式的开关变压器在电路中起到两个作用：储能电感，当开关管导通时，初级绕组开始储存能量；当开关管截止时，初级绕组储存的能量通过磁芯传递给次级绕组。因此，该设计对于电感主要考虑的是是初级绕组的电感量和各绕组之间的匝数比。在计算这两个参数的同时，也涉及到电源的输入功率、输出功率、效率和开关频率等问题。在该LED大功率电源的设计方案中，整个电路的**占空比为45%，效率预计为85%，输出功率为40×0.35—14w，开关频率为60kHz，经过理论计算并考虑裕量，本设计初级绕组的电感数值取1.5mH。根据测试结果，变压器的磁芯系数为88.7μH，所以有初级绕组的匝数为130匝。

　　在本方案中，我们采用的是基于**占空比的方法来确定变压器匝数比。经过公式计算，当电源加到负载的电压40V时，再考虑输出二极管的压降0.6V。则变压器的匝数比为0.45，这里计算出来的结果是匝数比N的**小值。根据电感量的要求，初级绕组已经确定为130匝，则次级绕组的匝数为58.5匝，为了方便绕制，可将匝数取为60匝，匝数比N为0.46，对于反激式开关电源，**占空比小于50%时，系统是固有稳定的，不用增加补偿电路。

　　功率因数校正电路设计

　　由于LED恒流驱动电源的电路中经常采用电感和电容等元件，因此很容易引起相位漂移，所以功率因数比较低，一般不会超过0.6，这就需要工程师采用相应的措施来提高电路中的功率因数。在该设计方案中，我们所采用的是平衡半桥补偿电路法，来提升电路中的功率因数，其电路原理如图3所示。

图3平衡半桥补偿电路图

　　在使用了平衡半桥补偿电路进行功率因数补偿设置后，该电路中的电容C1和C2采用10μF/400V的电解电容，两电容参数相同，通过电容的充放电作用，能够增加导通角，在正半周期可以将导通角扩展到30°至150°在负半周期可拓展到210°至330°。因此通过该电路可以将功率因数从0.6提高到0.85-0.9。

　　以上就是本文针对LED恒流驱动大功率电源的电路设计过程，所进行的简要分析和介绍，希望能够对各位设计研发人员的工作有所帮助。

不过，由于三元锂电池的安全性、高温性能与磷酸铁锂电池相比较差，因此目前其还主要是应用于乘用车和专用车领域，而在对安全性要求更高的客车领域，其应用占比还相对较少，尤其是工信部装备工业司司长张相木在2016中国电动汽车百人会上提出出于对动力电池安全问题的考虑，暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广应用**车型目录的决定后，对三元锂电池在客车领域的应用产生了严重影响，甚至可以说为中国三元锂电池的未来发展蒙上了一层阴影。但可喜的是，在新能源乘用车和专用车的带动下，中国三元锂电池市场并未停下发展的步伐，仍继续保持了高速增长。根据统计，2016年1-4月三元锂电池在乘用车和专用车中搭载量的占比分别达到40.1%和52.4%，而在客车市场的占比仅为2.2%。
 

　　图3 2016年1-4月中国不同车型三元锂电池与磷酸铁锂电池搭载量结构

　　数据来源：**电动研究院，InnoATP整理

• 纽扣电池的应用

  • 因体形较小，故在各种微型产品中得到了广泛的应用，直径从4.8mm至30mm，厚度从1.0mm至7.7mm不等；一般用于各类电子产品的后备电源，如电脑主板，电子表，电子词典，电子秤，记忆卡，遥控器，电动玩具，心脏起搏器，电子助听器，计数器，照相机等；

• 纽扣电池的类别

  • 纽扣电池一般来说常见的有充电的和不充电的两种,充电的包括3.6V可充锂离子(LIR系列),3V可充锂离子扣式电池(ML或VL系列);不充电的包括3V锂锰扣式电池(CR系列)及1.5V碱性锌锰扣式电池(LR及SR系列)。

    依照成份来区分，常见钮扣型电池的种类有锂电池、碱性电池、、锌空气电池等。早期的水银电池因环境污染问题，已被禁用。但除了型号以 BR, CR 开头的锂电池之外，其他的钮扣电池可能仍含有少量水银(即汞)，虽然近年来已有厂商开发出不含汞的碱性电池与氧化银电池，但因技术与专利等原因，目前各国的乾电池禁汞令中，钮扣电池仍然允许少量汞的存在，因此，对於用过的钮扣电池，仍应置於规定的回收处所，勿随意丢弃或混入垃圾而影响环境。

• 常见的纽扣电池

  • 1氧化银电池

    该纽扣电池有使用寿命长、容量大等特点，应用十分广泛，其应用量**。该种电池由氧化银作为正极，金属锌粉作为负极，电解液为氢氧化钾或氢氧化钠。通过锌与氧化银的化学作用产生电能。 氧化银纽扣电池的厚度 (高度)有5.4mm、4.2mm、3.6mm、2.6mm、2.1mm五种规格，其直径有 11.6mm、9.5mm、7.9mm、6.8mm四种规格。在选用时应根据其位置的大小，选择其中一种。其常用的型号有AG1、AG2、AG3、AG1O、AG13、SR626等，其型号AG为日本标准，SR为国际标准型号。

    2过氧化银纽扣电池

    该电池与氧化银纽扣电池的结构基本相同，其主要区别是电池的阳极 (盂极)用过氧化银做成。

    3碱性锰纽扣电池

    该电池具有容量大，低温性能优良，其所用材料便宜、价格较低，能满足需求较大电流连续放电的要求。其不足之处是能量密度不够，放电电压不够平稳。该电池的正极用的是二氧化锰，负极用的是锌，电解液用的氢氧化钾，其标称电压为1.5V。

    4水银纽扣电池

    又称汞电池，它具有能在高温条件下使用、能长期存储、放电电压平稳、机械性能好的特点。但其低温特性不好。该电池的正极为水银，负极为锌，电解液可以是氢氧化钾，也可以用氢氧化钠。其标称电压为1.35V。

    从电池的背面可以看到相应的标记

    LR---水银--1.5V

    SR---水银--1.55V

    CR---锂电--3V

    ZA---锌空--1.4V

    LIR---二次锂电--3.7V

    4锂离子纽扣电池

    是二次纽扣电池，也是目前一款能够多次充放电的纽扣电池；

    标称电压：3.7V；充电电压4.2V

• 纽扣电池的真伪识别方法

  • 随着电子表、计算器、打火机、照像机等家用电器的日益普及，扣式电池(亦称纽扣电池)，的应用愈来愈广泛。形形色色的假冒伪劣扣式电池也乘虚而入。目前市场上摆卖的扣式电池，主要来自三方面：一是国内正规定点厂家，如常州电池厂获国家银质奖的达立牌氧化银电池和天津电池厂的天星牌电池；二是正宗进口电池，如日本的东芝、索尼，美国的UCAR等；三是假冒、伪电池。 假冒、伪劣电池采用性能远比氧化银材料差许多的碱锰材料，它们大都来自浙江永嘉、温岭、福建石狮、广东宝安等地。 识别伪劣贷，主要注意三个方面：

    (1)是从电池标志上识别。它们一无商标、二无产地、三无生产日期、四无检验合格证，只是在电池上标有英文“BUTTON CELL”和日本“ボタソセル”，给人以外国制造的假象。

    (2)从电池外观上识别。这类电池负极的一侧表面大部分镀成黄色，给人以镀“金”感。正极外壳底部易出现锈蚀斑点。

    (3)从电池性能上识别。绝大多数碱锰电池容量低，通常不足国家标准1．55V，使用寿命短；容易漏液，腐蚀电器；电压负载特性差，电池放电曲线呈急剧下降的斜线；容易产生气胀，引起电池“鼓肚子。”
    

　　虽然，政府暂停对三元锂电池客车的财政支持补贴，在一定程度上影响了三元锂电池的发展，但总体来看，三元锂电池的**普及发展已是大势所趋。未来，随着三元锂电池能量密度与性价比优势的持续扩大，以及安全性能的不断提升，其在各类车型上的应用占比还将持续提升，尤其是客车领域，相信其对三元锂电池的应用开放不会让大家等待太久，一经放开，将具有巨大增量空间。经过测算，InnoATP预计2016年中国三元锂电池市场的需求量将达到9.0Gwh左右，同比将实现111%的高速增长，到2020年预计市场需求量更是将达到60Gwh左右，年均复合增长60%以上，使三元锂电池逐渐成为市场中的主流产品。显然，三元锂电时代正悄然来临，你准备好了吗？望各电池企业紧抓市场趋势与机遇，加快调整步伐，以促进自身**发展。