LED日光燈設計方案

1、LED 日光燈設計方案時間： 2021-03-24瀏覽 1060次【字體：大 中小】摘要：日光燈作為一種光亮柔和而有效的光源在全世界廣受歡迎 . 無論是在家居 .商店.辦公室、學校、 超市、 醫(yī)院.劇場，還是在商業(yè)冰柜、廣告燈箱 .地鐵.人行隧道 .人防丄程、夜市燈飾照明等.只要需要照明的地方均 可見到日光燈。日光燈作為一種光亮柔和而有效的光源在全世界廣受歡迎 . 無論是在家居、商店 . 辦公室 .學校、超市. 醫(yī) 院、劇場，還是在商業(yè)冰柜 .廣告燈箱、地鐵 . 人行隧道、人防匸程 . 夜市燈飾照明等，只要需要 照明的地方均 可見到日光燈°傳統(tǒng)的熒光日光燈其電源的利用率并不理想：附加

2、鎮(zhèn)流器功耗較大 .開啟時需要輔助商壓；日光燈管內 宜 的水銀在廢棄時無法處理 ?成為污染環(huán)境的公害。日光燈管的熒光粉在充入日光燈管過程中，含有較第 雖的汞(水銀),I大I此日光燈管破裂后，跑出來的水銀蒸氣對人體的危吿較大。權威資料顯示：汞蒸氣達0? 0? 1至3臺克時會使人在 2至 3月內慢性中毒，達 1? 2至 8? 5亳克時會誘發(fā)急性汞中毒，如假設其量到達20毫克, 會直接導致動物死亡。作為第四代新型節(jié)能光源 LED光源誕生之時R卩被用來做備 類燈具的發(fā)光光源。0. 06W的白光LED草躬燈、 食人魚是最早被用在led日光燈的發(fā)光燈條上的。每個 LED日光燈管使用數址不等.約280-360

3、顆°現(xiàn)在新一代 的LED日光燈發(fā)光燈條使用從 0.06W?到1眼顯色為純白、青白、曖白、冷白的貼片LED平面光 源。節(jié)能省電是LEDH光燈的最大持點。以T8日光燈為例，標稱36W的熒光日光燈(CFL) ?其附加鎮(zhèn)流器 耗電 8W, I:作時實際耗電44叭照亮流明為4201m.使用壽命3千小時。而同樣規(guī)格的 LED EI光燈.匚作 時實際耗電 僅16W,照亮流明為5501m.使用壽命可達3萬小時。PWM LED 驅動控制器 PT4107LED 13光燈的LED燈條電源驅動方案有很多種 ？目前非隔離方案因其效率商而占主流.而用PW1 LED驅動 控制器來做 LED 日光燈驅動電源的又占絕

4、大女數。1。圖1: PT4107內部拓撲結構。PT4107是一款商壓降壓式 PWMLED驅動控制器通過外部電阻和內部的齊納二極管 可以將經過整流 的 110V或220V交流電壓箝位于20V。當Vin上的電壓超過欠壓閉鎖閾值 18V后？芯片幵始工作,按照峰 值電流控 制的模式來驅動外部的 MOSFETo在外部MOSFET的源端和地之間接有電流采樣電阻？該電阻上的 電壓直接傳遞 到PT4107芯片的CS端。半CS端電壓超過內部的電流采樣閾值電壓后， GATE端的驅動信號 終止.外部MOSFET 關斷。閾值電壓可以由內部設定， 或者通過在LD端施加電斥來控制。如果要求軟啟動.可以在LD端并聯(lián)電容.

5、以得到需要的電壓上升速度，并和 LED電流上升速度相一致。PT4107的主要技術特點：從18V到450V的寬電斥輸入范晦 恒流輸出；采用頻率抖動減少電磁 T：擾，利 用隨機源來涮制振蕩頻率這樣可以擴展音頻能址譜，擴展后的能址譜可以有效減小帶內電磁干擾，降低系統(tǒng)級設訃難度；可用線性及PWM調光，支持上百個0. 06W LED的驅動應用，工作頻率 25kHz-300kHz.可通過外部 電阻來設定。PT4107封裝如圖2,各引腳功能如下1. GND芯片接地端；2. CS LED峰值電流采樣輸入端；3. LD線性調光接入端；4. RI振蕩電阻接入端；5. ROTP過溫保護設定端6. PWMD PWM調

6、光兼使能輸入端，芯片內部有 100K上拉電阻；7. VIN芯片電源端；8. GATE驅動外掛 MOSFET柵極;GND0GATECS C 27VIMLD3jpWMDRI""A1 rnTPSOP8圖 2： PT4107 W裝。設計全電壓20W日光燈幵關恒流源以AC S5V-245V全電壓輸入為例，采用PT4107 PWM LED驅動控制器來做LED日光燈驅動電源的主芯 片,設計一個比較埋想的應用電路方案 (圖3)。該方案由全電路由抗浪涌保護、EMC濾波.全橋整流、無源 功率因素校正(PFC)、降壓穩(wěn)壓器、PWYLED驅動控制器、擴流恒流迫路組成。 圖3;全電ffi 20W B

7、光燈幵關恒流源方耒戲按此理念，設計成的全電壓 20WH光燈幵關恒流源電原理圖如圖 4所示。從AC 220V看進去.交流市 電入 口接有1A保險絲FS1和抗浪涌負溫度系數熱敏電阻NTC,之后是EMI濾波器，由LI、L2和CX1組成。BD1是整流全橋，內部是4個高壓硅二極管。Cl、C2、Rl. D1-D3組成無源功率因數校正電路。PM107芯 片由Tl、DK C4、R2R4組成的電子濾波器降壓穩(wěn)壓后供電,這個濾波器輸入阻抗很高，輸出阻抗很小,整流后近300V直流高壓經此三極管降壓向PT1107口/ in提供約18-20V穩(wěn)定電壓，確保芯片在全電斥范圉里穩(wěn)定工作。這個電路不像先前方案的電阻降壓電路那

8、樣耗能而發(fā)謖。P敘控制芯片U1 (PT1107)和功率HOS管Ql鎮(zhèn)流功率電感L3.續(xù)流二極管D5組成降壓穩(wěn)壓電路，門采集電流采樣電阻 R6R9上的峰值電流由內部 邏輯在單周 期內控制GATE腳信號的脈沖占空比進行恒流控制。輸出恒流與 D5. L3的續(xù)流電路合并向LED光源恒流供電改變電阻R6? R9的阻值可改變整個電路的輸出電流， 但D5、L3也要隨之改動° R5是芯片 振蕩電路的一局部 改變它可調節(jié)振蕩頻率。電位器 RT在木電路中不是用來調光.而是用來微調恒流源的 電流？使電路到達設汁功率。由于器件的分散性，批址生產時每一塊電源板的輸出電流會略有不同，在生產線上可用此電位濡來調整

9、每塊電源板的輸出電流。為保證已調好電源板的穩(wěn)定性， 一定要選用渦輪渦桿 微調電位器并在調好后滴膠固封。木電路的參數是按每串 22個0.06WLED,共15串并聯(lián)，驅動330個60毫瓦的白光LED負載設汁的.每串的 電流是17? 8亳安，設計輸出為 36-80V/250mAo如果改變LED數雖，那么需修正R6? R9的參數。BCV300mAMiM i t*-圖心全電& 2OW日光燈開芫血流源電駅理田.1擴涂溢嚴 U即 嚴*丁降壓尬血一|耳f C2即"可JPCB板的排列是做好產品的關健，I大I此PCB板的走線要按電力電子標準要求來設汁。木電路可川于T10、T8日光燈管？因兩管空間

10、大小不同，二塊 PCB板的寬度將不同，需要降低所有零件的高度以便放入T10、 T8燈管。圖5是T10恒流源板的實物照片.33個元件安裝在235X25X0.8 A米的環(huán)氧魏面印制板上。MQSIEI圖負T1O恒流瀕的實翩照片-關鍵的設計和考慮因毅1抗浪涌的NTCo抗浪涌的NTC選用300Q/0.3A熱墩電阻如改變此方案的輸出比方増大電流，那么 NTC的電流也要選 大一些.以免過流自發(fā)熱。2. EMC 濾波在交流電源輸入端 一般需要増加由共規(guī)電感、 X電容和丫電容組成的濾波線 以増加整個電路抗EMI的效 果，濾除掉傳導干擾信號和輻射噪聲。木電路采用共純電感加X電容器的簡潔方式.主要還是出于整 休成木

11、的考慮. 木肴夠用就好的設訃原那么° X 電容器應標有平安認證標志和耐壓 AC275V 字樣，其真正的直 流耐壓在 2,000V 以上，外觀多為橙色或藍色。共牠電感是繞在同一個磁芯上的兩個電感量相同的電感. 主嬰用來抑制共模干擾，電感雖在】 030mH 范用內選取?為縮小體積和提島濾波效果，優(yōu)先選用髙導磁率微 晶材料確芯制作 的產品，電感雖應盡量選較大的值。使用二個相同電感替代一個共覘電感也是一個降低成木的方法。3.全橋整流全橋整流器 BD1 主婆進行 AC/DC 變換，因此需要給予 1. 5系數的平安余址，建議選用600V/lAo4? 無源 PFC普通的橋式整流器整流后輸出的電流是

12、脈動直流 ？電流不連續(xù)？諧波失真大功率I大I數低，因此需要増加 低成木的無源功率因數補償電路如圖6所示。這個電路叫做平衡半橋補償電路.C1和D1組成半橋 的一臥C2和D2組成半橋的另一隊 D3和R組成充電連接通路，利用填谷原理進行補償。濾波電容C1和C2串聯(lián)？電容上的電壓最兩充到輸入電圧的一半 一旦線電壓降到輸入電壓的一半以下，二極管D1和D2就會彼正向偏置.使C1和C2幵始并聯(lián)放電。這樣正半周輸入電流的導通角從原來的75° 105°上升 到30°? 150° ；負半周輸入電流的導通角從原來的255° 285°上升到210°

13、? 330。圖7。與D3串聯(lián) 的電阻R有助于平滑輸入電流尖峰還可以 通過限制流入電容 C1和C2的電流來改善功率因數。采用這個電路后，系統(tǒng)的功率因數從 0?6提髙到0. 89。R有浪涌緩沖和限流功能因此不宜省略。圖6:平衡半橋PFC電路a)(b圖化平徹半橋PFC電路的效臬？5. 降壓穩(wěn)壓電路給PT4107供電的電路是倍容式紋波遊波器 (圖8).具有電容倍增式低通濾波器和串聯(lián)穩(wěn)壓調整器雙重作用。在射極輸出器的基極到地接一個電容C4.由于基極電流只有射極電流的1/(1+B)，相、1 于在發(fā)射極 接了一個容值為(1+0)01的大電容.這就是電容倍増式濾波器的原理。如果在基極到地之間再連接一個齊納二極

14、管.就是一個簡笊的串聯(lián)穩(wěn)壓器？該電路能有效地消除商頻幵關紋波。請注總.T1要選擇雙極型晶體管的VbceoSOOV,lc=100mA.3穩(wěn)斥二極管D4要用20V. 1/4W任何型號的小功率穩(wěn)壓管。outCc=(1+PK4圖8:倍容式紋波濾波器6. 鎮(zhèn)流功率電感鎮(zhèn)流功率電感L3與QI MOS管，以及R6、R7、R8、R9并聯(lián)的電流采樣電阻，是此電路恒流輸出的三大關鍵元件。鎮(zhèn)流功率電感 L3要求Q值高、飽和電流大、電阻小。標稱 3? 9mH的電感，在40kHz? 100kHz頻率范圉 里Q值應大于90o設訃時要選用飽和電流是正常工作電流2倍的功率電感。木電路設汁輸出電流250mA,因此選500mA.

15、選用功率電感的繞線電阻要小于2Q.居里溫度大于400 oC的優(yōu)質功率電感。一旦 電感發(fā)生飽和 MOS管、LED光源、PWM控制芯片就會瞬間燒毀。建議使用廊導磁率微晶材料的功率電感.它可以確保恒流源長期平安可靠地匚作。L3電感婆選用EE13確芯的磁路閉合電感器，或高度低一點的EPC13磁芯圖9?，F(xiàn)在LED日光燈大多 數 選用半鋁半PV塑料的燈管.以幫助LED光源散熱。I:字磁芯電感器的磁路是幵放的.、勺使用匚字磁芯電 感器 的電源驅動板進入半鋁半 PV塑料燈管時，由于金屬鋁能使其磁路發(fā)生變化，往往會使已調試好的電源驅動板輸出電流變小cffl9 : EFC13磁芯。7. 續(xù)流二極管續(xù)流二極管D5

16、定要選用快速恢復二極管，它要跟上 MOS管的幵關周期。如果在此使用 1N1007.那么在 工作時會燒毀的。此外，續(xù)流二極管通過的電流應是LED光源負載電流的1.5-2倍,木電路耍選用1A的快速恢復二極管。& PT4107幵關頻率設定PT4107 JF關頻率的島低決定功率電感 L3和輸入濾波電容器 Cl、C2、C3的大小。如果幵關頻率烏.那么可選 用更小體積的電感器和電容器，但 QI MOSFET管的幵關損耗也將増大.導致效率下降。因此，對 AC 220V的電 源輸入來說，50kHz100kHz是比較適合的。PT4107幵關頻率設定電阻 R5計算公式如下。F=50kHz時，R5=500K

17、Q(Kulun)f=25m (khz >A R 二耳業(yè)Rl9. MOSFET 管的選擇HOSFET管QI是本電路輸出的關鍵器件。 首先，它的RDS(ON)要小，這樣它工作時木身的功耗就小。 另外,它的耐斥要臥這樣在工作中遇到高壓浪涌不易被擊穿。在MOSFET的每次幵關過程中，采樣電阻 R6R9上將不可防止的出現(xiàn)電流尖峰。為防止這種悄況發(fā)生 ，芯 片內部設S f 400ns的采樣延遲時間。因此，傳統(tǒng)的 RC濾波器可以被省去。在這段延遲時間內？比較器 將失去作 用. 不能控制 GATE 引腳的輸出。10.電流采樣電阻電阻 R6、R7. R8、R9 并聯(lián)作為采樣電阻，這樣可以減小電阻精度和溫度

18、對輸出電流的影響，并且可以方便地改變其中一個或幾個電阻的阻值 ？到達修改電流的目的。建議選州干分之一精度、溫度系數為50ppm 的SMD(1206) 1/4W電阻。電流采樣電阻 R6R9的總阻值設定和功率選用要按整個電路的LED光源負戦 電流為依 據來計算。R(6-9)=0. 275/ILEDPR(6-9)=ILED2 x R(6-9)IL 電解電容器LED 光源是一種長壽命光源 . 理論壽命可達 50, 000 小時. 但是，應用電路設計不合理、電路元器件選 用不 十、 LED 光源散熱不好，都會影響它的使用壽命。持別是在驅動電源電路里 . 作為 AC/DC 整流橋的輸 岀濾波器 的電解電容器，它的使用壽命在 5,000小時以下，這就成了制造長壽命LED 燈具技術的攔路虎° 木電路設訃使用f Cl. C2x Ck C5. C7多顆鋁電解電容器。鋁電解電容器的壽命還與使用環(huán)境溫度有很大關系，環(huán)境溫度升癰電解質的損耗加快，環(huán)境溫度每升商6 oC,電解電容器壽命就會減少一半。LED日光燈管內溫度坎I空氣不易流動， 如電源驅動板設il?不合理，管內溫度會比較商，電解電容器的壽命因此大打折扣。選用固態(tài)電解電容器.也許是延長壽