产业新闻

LED日光灯设计方案

来源:http://www.csdqrhhy.com 责任编辑:www.ag88.com 2018-09-05 20:06

  LED日光灯设计方案

  日光灯作为一种亮光柔软而有用的光源在全世界广受欢迎,无论是在家居、商铺、办公室、校园、超市、医院、剧场,仍是在商业冰柜、广告灯箱、地铁、人行地道、人防工程、夜市灯饰照明等,只需需求照明的当地均可见到日光灯。

  传统的荧光日光灯其电源的运用率并不抱负:附加镇流器功耗较大,敞开时需求辅佐高压;日光灯管内置的水银在抛弃时无法处理,成为污染环境的公害。日光灯管的荧光粉在充入日光灯管过程中,含有较多量的汞(水银),因而日光灯管决裂后,跑出来的水银蒸气对人体的损害较大。威望资料显现:汞蒸气达0.04至3毫克时会使人在2至3月内缓慢中毒,达1.2至8.5毫克时会诱发急性汞中毒,如若其量到达20毫克,会直接导致动物逝世。

  
作为第四代新式节能光源,LED光源诞生之时即被用来做各类灯具的发光光源。0.06W的白光LED草帽灯、食人鱼是最早被用在LED日光灯的发光灯条上的。每个LED日光灯管运用数量不等,约280-360颗。现在新一代的LED日光灯发光灯条运用从0.06W到1W、显色为纯白、青白、暖白、冷白的贴片LED平面光源。

  
节能省电是LED日光灯的最大特色。以T8日光灯为例,标称36W的荧光日光灯(CFL),其附加镇流器耗电8W,作业时实践耗电44W,照亮流明为420lm,运用寿数3千小时。而相同标准的LED日光灯,作业时实践耗电仅16W,照亮流明为550lm,运用寿数可达3万小时。

  PWM LED驱动操控器PT4107

  LED日光灯的LED灯条电源驱动计划有很多种,现在非阻隔计划因其功率高而占干流,而用PWM LED驱动操控器来做LED日光灯驱动电源的又占绝大多数。

  PT4107是一个典型的PWM LED驱动操控器,其内部拓扑结构如图1。

  

内部拓扑结构

  
PT4107是一款高压降压式PWM LED驱动操控器,经过外部电阻和内部的齐纳二极管,能够将经过整流的110V或220V沟通电压箝坐落20V。当Vin上的电压超越欠压闭锁阈值18V后,芯片开端作业,依照峰值电流操控的形式来驱动外部的MOSFET。在外部MOSFET 的源端和地之间接有电流采样电阻,该电阻上的电压直接传递到PT4107芯片的CS端。当CS端电压超越内部的电流采样阈值电压后,GATE端的驱动信号停止,外部MOSFET关断。阈值电压能够由内部设定,或许经过在LD端施加电压来操控。假如要求软启动,能够在LD端并联电容,以得到需求的电压上升速度,并和LED电流上升速度相一致。

  PT4107的首要技能特色:从18V到450V的宽电压输入规模,恒流输出;选用频率抖动削减电磁搅扰,运用随机源来调制振动频率,这样能够扩展音频能量谱,扩展后的能量谱能够有用减小带内电磁搅扰,下降体系级规划难度;可用线性及PWM调光,支撑上百个0.06W LED的驱动运用,作业频率25kHz-300kHz,可经过外部电阻来设定。

  PT4107封装如图2,各引脚功用如下:

  1.GND 芯片接地端;

  2.CS LED峰值电流采样输入端;

  3.LD 线性调光接入端;

  4.RI 振动电阻接入端;

  5.ROTP 过温维护设定端;

  6.PWMD PWM调光兼使能输入端,芯片内部有100K上拉电阻;

  7.VIN 芯片电源端;

  8.GATE 驱动外挂MOSFET栅极;

  

  规划全电压20W日光灯开关恒流源

  以AC 85V~245V全电压输入为例,选用PT4107 PWM LED驱动操控器来做LED日光灯驱动电源的主芯片,规划一个比较抱负的运用电路计划(图3)。该计划由全电路由抗浪涌维护、EMC滤波、全桥整流、无源功率要素校对(PFC)、降压稳压器、PWM LED驱动操控器、扩流恒流电路组成。

  

20W日光灯开关恒流源

  按此理念,规划成的全电压20W日光灯开关恒流源电原理图如图4所示。从AC 220V看进去,沟通市电进口接有1A保险丝FS1和抗浪涌负温度系数热敏电阻NTC,之后是EMI滤波器,利来国际最给利的老牌!由L1、L2和CX1组成。BD1是整流全桥,内部是4个高压硅二极管。C1、C2、R1、D1~D3组成无源功率因数校对电路。PT4107芯片由T1、D4、C4、R2~R4组成的电子滤波器降压稳压后供电,这个滤波器输入阻抗很高,输出阻抗很小,整流后近300V直流高压经此三极管降压向PT4107 Vin供给约18~20V安稳电压,保证芯片在全电压规模里安稳作业。

  这个电路不像从前计划的电阻降压电路那样耗能而发烫。PWM操控芯片U1(PT4107)和功率MOS管Q1、镇流功率电感L3、续流二极管D5组成降压稳压电路,U1收集电流采样电阻R6~R9上的峰值电流,由内部逻辑在单周期内操控GATE脚信号的脉冲占空比进行恒流操控。输出恒流与D5、L3的续流电路合并向LED光源恒流供电,改动电阻R6~R9的阻值可改动整个电路的输出电流,但D5、L3也要随之改动。R5是芯片振动电路的一部分,改动它可调理振动频率。电位器RT在本电路中不是用来调光,而是用来微调恒流源的电流,使电路到达规划功率。因为器材的分散性,批量出产时每一块电源板的输出电流会略有不同,在出产线上可用此电位器来调整每块电源板的输出电流。为保证已调好电源板的安稳性,一定要选用涡轮涡杆微调电位器,并在调好后滴胶固封。

  本电路的参数是按每串22个0.06W LED,共15串并联,驱动330个60毫瓦的白光LED负载规划的,每串的电流是17.8毫安,规划输出为36-80V/25OmA。假如改动LED数量,则需批改R6~R9的参数。

  

20W日光灯开关恒流源电原理图

  
PCB板的摆放是做好产品的要害,因而PCB板的走线要按电力电子标准要求来规划。本电路可用于T10、T8日光灯管,因两管空间巨细不同,二块PCB板的宽度将不同,需求下降一切零件的高度,以便放入T10、T8灯管。图5是T10恒流源板的什物相片,33个元件安装在235×25×0.8毫米的环氧单面印制板上。

  

  要害的规划和考虑要素

  1.抗浪涌的NTC。

  抗浪涌的NTC选用300Ω/0.3A热敏电阻,如改动此计划的输出,比方增大电流,则NTC的电流也要选大一些,防止过流自发热。

  2.EMC滤波

  在沟通电源输入端,一般需求添加由共轭电感、X电容和Y电容组成的滤波器,以添加整个电路抗EMI的效果,滤除去传导搅扰信号和辐射噪声。本电路选用共轭电感加X电容器的简练办法,首要仍是出于全体本钱的考虑,本着够用就好的规划准则。X电容器应标有安全认证标志和耐压AC275V字样,其真实的直流耐压在2,000V以上,外观多为橙色或蓝色。共轭电感是绕在同一个磁芯上的两个电感量相同的电感,首要用来按捺共模搅扰,电感量在10~30mH规模内选取。为缩小体积和进步滤波效果,优先选用高导磁率微晶资料磁芯制作的产品,电感量应尽量选较大的值。运用二个相同电感代替一个共轭电感也是一个下降本钱的办法。

  3.全桥整流

  全桥整流器BD1首要进行AC/DC改换,因而需求给予1.5系数的安全余量,主张选用600V/1A。

  4.无源PFC

  一般的桥式整流器整流后输出的电流是脉动直流,电流不接连,谐波失真大,功率因数低,因而需求添加低本钱的无源功率因数补偿电路,如图6所示。这个电路叫做平衡半桥补偿电路,C1和D1组成半桥的一臂,C2和D2组成半桥的另一臂,D3和R组成充电衔接通路,运用填谷原理进行补偿。滤波电容C1和C2串联,电容上的电压最高充到输入电压的一半,一旦线电压降到输入电压的一半以下,二极管D1和D2就会被正向偏置,使C1和C2开端并联放电。这样,正半周输入电流的导通角从本来的75°~105°上升到30°~150°;负半周输入电流的导通角从本来的255°~285°上升到210°~330°(图7)。与D3串联的电阻R有助于滑润输入电流尖峰,还能够经过约束流入电容C1和C2的电流来改进功率因数。选用这个电路后,体系的功率因数从0.6进步到0.89。R有浪涌缓冲和限流功用,因而不宜省掉。

  

  

  

  
5.降压稳压电路

  给PT4107供电的电路是倍容式纹波滤波器(图8),具有电容倍增式低通滤波器和串联稳压调整器两层效果。在射极输出器的基极到地接一个电容C4,因为基极电流只要射极电流的1/(1+β), 相当于在发射极接了一个容值为(1+β)C4的大电容,这就是电容倍增式滤波器的原理。假如在基极到地之间再衔接一个齐纳二极管,就是一个简略的串联稳压器,该电路能有用地消除高频开关纹波。请注意,T1要挑选双极型晶体管的Vbceo500V,Ic=100mA。稳压二极管D4要用20V、1/4W任何类型的小功率稳压管。

  

  6.镇流功率电感

  镇流功率电感L3与Q1 MOS管,以及R6、R7、R8、R9并联的电流采样电阻,是此电路恒流输出的三大要害元件。镇流功率电感L3要求Q值高、饱满电流大、电阻小。标称3.9mH 的电感,在40kHz~100kHz频率规模里Q值应大于90。规划时要选用饱满电流是正常作业电流2倍的功率电感。本电路规划输出电流250mA,因而选500mA。选用功率电感的绕线电阻要小于2Ω、居里温度大于400 oC的优质功率电感。一旦电感发作饱满,MOS管、LED光源、PWM操控芯片就会瞬间焚毁。主张运用高导磁率微晶资料的功率电感,它能够保证恒流源长时间安全可靠地作业。

  L3电感要选用EE13磁芯的磁路闭合电感器,或高度低一点的EPC13磁芯(图9)。现在LED日光灯大多数选用半铝半PV塑料的灯管,以协助LED光源散热。工字磁芯电感器的磁路是敞开的,当运用工字磁芯电感器的电源驱动板进入半铝半PV塑料灯管时,因为金属铝能使其磁路发作变化,往往会使已调试好的电源驱动板输出电流变小。

  

  7.续流二极管

  续流二极管D5一定要选用快速康复二极管,它要跟上MOS管的开关周期。假如在此运用1N4007,那么在作业时会焚毁的。此外,续流二极管经过的电流应是LED光源负载电流的1.5~2倍,本电路要选用1A的快速康复二极管。

  8.PT4107开关频率设定

  PT4107开关频率的凹凸决议功率电感L3和输入滤波电容器C1、C2、C3的巨细。假如开关频率高,则可选用更小体积的电感器和电容器,但Q1 MOSFET管的开关损耗也将增大,导致功率下降。因而,对AC 220V的电源输入来说,50kHz~100kHz是比较合适的。PT4107开关频率设定电阻R5核算公式如下。当F=50kHz时,R5=500KΩ。

  

  9.MOSFET管的挑选

  MOSFET管Q1是本电路输出的要害器材。首要,它的RDS(ON)要小,这样它作业时自身的功耗就小。别的,它的耐压要高,这样在作业中遇到高压浪涌不易被击穿。

  在MOSFET的每次开关过程中,采样电阻R6~R9大将不可防止的呈现电流尖峰。为防止这种状况发作,芯片内部设置了400ns的采样推迟时间。因而,传统的RC滤波器能够被省去。在这段推迟时间内,比较器将失掉效果,不能操控GATE引脚的输出。

  10.电流采样电阻

  电阻R6、R7、R8、R9 并联作为采样电阻,这样能够减小电阻精度和温度对输出电流的影响,而且能够方便地改动其间一个或几个电阻的阻值,到达修正电流的意图。主张选用千分之一精度、温度系数为50ppm的SMD(1206) 1/4W电阻。电流采样电阻R6~R9的总阻值设定和功率选用,要按整个电路的LED光源负载电流为根据来核算。

  R(6-9)=0.275/ILED

  PR(6-9)=ILED2 x R(6-9)

  11.电解电容器

  LED光源是一种长寿数光源,理论寿数可达50,000小时,可是,运用电路规划不合理、电路元器材选用不妥、LED光源散热欠好,都会影响它的运用寿数。特别是在驱动电源电路里,作为AC/DC整流桥的输出滤波器的电解电容器,它的运用寿数在5,000小时以下,这就成了制作长寿数LED灯具技能的绊脚石。本电路规划运用了C1、C2、C4、C5、C7多颗铝电解电容器。铝电解电容器的寿数还与运用环境温度有很大联系,环境温度升高电解质的损耗加速,环境温度每升高6 oC,电解电容器寿数就会削减一半。LED日光灯管内温度因空气不易活动,如电源驱动板规划不合理,管内温度会比较高,电解电容器的寿数因而大打折扣。选用固态电解电容器,也许是延伸寿数的好办法之一,但导致本钱上升。

  运用PT4107能够规划以多颗0.06W WLED光源串并联为负载的,电压输入为AC 110V或AC 220V的T10、T8、T5的LED日光灯计划,以及相似运用的吸顶灯、满天星灯、户外照明作业灯、球泡灯等,也可规划以高亮度1W WLED光源串联为负载的LED庭园灯、LED路灯、LED地道灯。

  2009年头日本政府为下降公共照明的碳排放,强制企业履行节能减碳方针,日本办公室节能照明需求逐步升温,大力推广LED日光灯,促进了我国LED日光灯的出产。因而参照本规划电路优化规划适用AC110V的LED日光灯电路已被广泛用于出产。

  附注:本计划可供给电原理图、PCB板图、BOM表。

  作者:颜重光

  高级工程师

  华润矽威科技(上海)有限公司

  

   LED日光灯PWM抗浪涌