LED日光燈介紹與20WLED燈設計實例

1、LED日光燈設計方案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、人防工 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： 附加鎮(zhèn)流器功耗較大，開啟時需要 輔助高壓；日光燈管內(nèi)置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， 含有較多量的汞(水銀)，因此日光燈管 破裂后，跑出來的水銀蒸氣對人體的危害較大。權威資料顯示：汞蒸氣達 0.04 至3毫克時會使人在2至3月內(nèi)慢性中毒，達1.2至8.5毫克時會誘發(fā)急性汞中

2、 毒，如若其量達到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 源誕生之時即被用來做各類燈具的發(fā)光光源。 0.06W的白光LED草帽燈、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(shù)量不 等，約280-360顆?，F(xiàn)在新一代的LED日光燈發(fā)光 燈條使用從0.06W到1W顯色為純白、青白、暖白、冷白的貼片 LED平面光源。節(jié)能省電是LED日光燈的最大特點。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 工作時實際耗電44W 照亮流明為4201m，使用 壽命3千小時。而同樣規(guī)格的LED日光燈，工作時實際耗電僅16W照亮流明為

3、5501m,使用壽命可達3萬小時。PWMED驅(qū) 動控制器 PT4107LED日光燈的LED燈條電源驅(qū)動方案有很多種，目前非隔離方案因其效率高而占 主流，而用PWM LE驅(qū)動控制器來做LED日光燈驅(qū)動電源的又占絕大多數(shù)。PT4107是一個典型的PWM LE驅(qū)動控制器，其內(nèi)部拓撲結構如圖 1。PT4107是一款高壓降壓式PWM LE驅(qū)動控制器，通過外部電阻和內(nèi)部的齊納二 極管，可以將經(jīng)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，芯片開始工作，按照峰值電流控制的模式來驅(qū)動外部 的MOSET 在外部MOSFET勺源端和地之間接有電流采樣電阻，該電阻上的電

4、 壓直接傳遞到PT4107芯片的CS端。當CS端電壓超過內(nèi)部的電流采樣閾值電壓 后, GATE端的驅(qū)動信號 終止，外部MOSFE關斷。閾值電壓可以由內(nèi)部設定， 或者通過在LD端施加電壓來控制。如果要求軟啟動，可以在LD端并聯(lián)電容，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的寬電壓輸入范圍，恒流輸出；采用頻 率抖動減少電磁干擾，利用隨機源來調(diào)制振蕩頻率，這樣 可以擴展音頻能量譜， 擴展后的能量譜可以有效減小帶內(nèi)電磁干擾，降低系統(tǒng)級設計難度；可用線性及PW碉光，支持上百個 0.06WLED的驅(qū)動應用，工作頻率 25kHz-300kHz

5、,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(diào)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光兼使能輸入端，芯片內(nèi)部有 100K上拉電阻;7. VIN芯片電源端；8. GATE驅(qū)動外掛MOSFE柵極；GATESO Pi；圖 2; PT4107 W裝設計全電壓20W日光燈開關恒流源以AC 85V245V全電壓輸入為例，采用 PT4107 PWM LE驅(qū)動控制器來做LED 日光燈驅(qū)動電源的主芯片，設計一個比較理想的應用電路方案 （圖3）。該方案由 全電路由抗浪

6、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、PWM LE驅(qū)動控制器、擴流恒流電路組成。壬恥 全電壓20W旦光口開尹恫魏瀝朮秦圈一按此理念，設計成的全電壓20W日光燈開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(shù)熱敏電阻 NTC之后是EMI濾波器，由L1、L2和CX1組成。BD1是整流全 橋，內(nèi)部是4 個高壓硅二極管。C1、C2、R1、D1D3組成無源功率因數(shù)校正電路。PT4107芯 片由T1、D4 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

7、壓經(jīng)此三極管降壓向 PT4107Vin 提供約1820V穩(wěn)定電壓，確保芯片在全電壓范圍里穩(wěn)定工作。這個電路不像先前方案的電阻降壓電路那樣耗能而發(fā)燙。PW控制芯片U1（PT4107）和功率MOST Q1鎮(zhèn)流功率電感L3、續(xù)流二極管D5組成降壓穩(wěn)壓 電路，U1采集電流采樣電阻R6-R9上的峰值電流，由內(nèi)部邏輯在單周期內(nèi)控制 GATE卻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部分，改變它可調(diào)節(jié)振蕩頻率。電位 器RT在本電路中不是用來調(diào)光，而是用來微調(diào)

8、恒流源的電流，使電路達到設計 功率。由于器件的分散性，批量生產(chǎn)時每一塊電源板的輸出電流會略有不同，在生產(chǎn)線上可用此電位器來調(diào)整每塊電源板的輸出電流。為保證已調(diào)好電源板的 穩(wěn)定性，一定要選用渦輪渦桿微調(diào)電位器，并在調(diào)好后滴膠固封。本電路的參數(shù)是按每串22個0.06W LED,共15串并聯(lián)，驅(qū)動330個60毫瓦的 白光LED負載設計的，每串的電流是17.8毫安，設計輸出為36-80V/25OmA如 果改變LED數(shù) 量，則需修正R6- R9的參數(shù)。EMCPCB板的排列是做好產(chǎn)品的關鍵，因此PCB板的走線要按電力電子規(guī)范要求來設 計。本電路可用于T10、T8日光燈管，因兩管空間大小不同，二塊PCB板的

9、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235X 25X 0.8毫米的環(huán)氧單面印制板上。和TIO憤甫慮的翼腳籲仲關鍵的設計和考慮因素1 抗浪涌的NTC抗浪涌的NTC選用300Q/0.3A熱敏電阻，如改變此方案的輸出，比如增大電流， 則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，一般需要增加由共軛電感、X電容和丫電容組成的濾波器，以增加整個電路抗EMI的效果，濾除掉傳導干擾信號和輻射噪聲。本電路采用共軛電感加X電容器的簡潔方式，主要還是出于整體成本的考慮，本著夠用就好 的設計原則。X電容器應

10、標有安全認證標志和耐壓 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。共軛電感是繞在同一個磁芯上的兩 個電感量相同的電感，主要用來抑制共模干擾，電感量在1030mH范圍內(nèi)選取。 為縮小體積和提高濾波效果，優(yōu)先選用高導磁率微晶材料磁芯制作的產(chǎn)品，電感量應盡量選較大的值。使用二個相同電感替代一個共軛電感也是一個降低成本的方法。3. 全橋整流 全橋整流器BD1主要進行AC/DC變換，因此需要給予1.5系數(shù)的安全余量，建議 選用 600V/1A。4. 無源PFC普通的橋式整流器整流后輸出的電流是脈動直流，電流不連續(xù)，諧波失真大，功率因數(shù)低，因此需要增加低成本的無源功率因

11、數(shù)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組成半橋的一臂，C2和D2組成半橋的另 一臂，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)，電容上的電壓最高充到輸入電壓的一半， 一旦線電壓降到輸入電壓的一半 以下，二極管D1和D2就會被正向偏置，使C1和C2開始并聯(lián)放電。 這樣，正 半周輸入電流的導通角從原來的 75105上升到30150;負半周輸入 電流的導通角從原來的255285上升到210330 （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(shù)。采用這個電路后，系統(tǒng)的功率因數(shù)從0.6提

12、高到0.89。 R有浪涌緩沖和限流功能，因此不宜省略。圖心 平衡半橋PFC電路。I 日:,躅?。黄街瓢雰S囲路的茲桌*5 降壓穩(wěn)壓電路給PT4107供電的電路是倍容式紋波濾波器(圖8)，具有電容倍增式低通濾波器 和串聯(lián)穩(wěn)壓調(diào)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 ),相當于在發(fā)射極接了一個容值為(1 + B )C4 的大電容，這就是電容倍增式濾波器的原理。如果在基極到地之間再連接一個齊 納二極管，就是一個簡單的串聯(lián)穩(wěn)壓器，該電路能有效地消除高頻開關紋波。請注意，T1要選擇雙極型晶體管的Vbceo500V, lc=100mA。穩(wěn)壓二極管D4要

13、用 20V、1/4W任何型號的小功率穩(wěn)壓管。圖泱倍容式紋波濾波器6 鎮(zhèn)流功率電感鎮(zhèn)流功率電感L3與Q1 MOSt,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40kHz100kHz頻率范圍里Q值應大于90。設 計時要選用飽和電流是正常工作電流 2倍的功率電感。本電路設計輸出電流 250mA因此 選500mA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(zhì)功率電感。一旦電感發(fā)生飽和，MO、LED光源、PWM控制芯片就會瞬間燒毀。建議使用高導磁率微晶材料的功率電感，它可以確

14、保恒流源長期安全可靠地工作。L3電感要選用EE13磁芯的磁路閉合電感器，或高度低一點的EPC13磁芯(圖9)。 現(xiàn)在LED日光燈大多數(shù)選用半鋁半PV塑料的燈管，以幫助LED光源散熱。工字 磁芯電感器的磁路是開放的，當使用工字磁芯電感器的電源驅(qū)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(diào)試好的電源驅(qū)動板輸出電流變小。7 續(xù)流二極管續(xù)流二極管D5一定要選用快速恢復二極管，它要跟上 MOS管的開關周期。如果 在此使用1N4007,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1.52倍，本電路要選用1A的快速恢復二極管。8. PT4107開

15、關頻率設定PT4107開關頻率的高低決定功率電感 L3和輸入濾波電容器C1、C2 C3的大小。 如果開關頻率高，則可選用更小體積的電感器和電容器，但Q1 MOSFE管的開關損耗也將增大，導致效率下降。因此，對 AC 220V的電源輸入來說，50kHz 100kHz是比較適合的。PT4107開關頻率設定電阻R5計算公式如下。當F=50kHz 時，R5=500。t =日1 世 90% efficiency* Wide in put range from 18V to 450V* Suitable for constant-current LED driver* Applications from

16、a few mA to more than 1A Output* LED string from one to hundreds of diodes* PWM Low-Frequency Dimming via Enable pin* Lin ear Dimmi ng via LD pin* Frequency jittering for better EMI performanee* Programmable Over temp Protection (OTP) 應用 Applications :* DC/DC or AC/DC LED Driver applications* RGB Ba

17、cklighting LED Driver* General purpose constant current source* Sign age and Decorative LED lighti ng* Automotive Chargers* PT4107 Applicarion Note: PT4107 Data Sheet: 巴 PT4107參數(shù)計算和元器件選擇：二J PT4107 Bom List:衛(wèi) PT4107 18W日光燈方案： PT4107 18W日光燈方案 PCB文檔(Protel 2004):麗 PT4107日光燈應用方案： PT4107提高大功率LED驅(qū)動電路的效率方案

18、： PT4107無源功率因數(shù)校正18W日光燈恒流源方案：二 PT4107用于隔離式LED驅(qū)動方案： PT4107完整資料(full data)下載：葩 PT4107樣品申請及技術支持D：L112X24 LEDM 占 占i *lS gs)| LDC$| LE&CS L2YS) LKYSjIIIIIIIIIIIII I I I I II I I I I I上r業(yè)土寸 PT4107 LED日光燈方案PT4107使用華潤矽威專利：補償峰值電流控制，提供恒定LED電流。+ 有效照度己經(jīng)超過40W牌通II光燈* W能50%以上* 柔和殼建100KHZ恰頻，尤閃爍弋 20000小時対光我不超過20%個使舟壽命20000小時寺恒流源馭動*過壓、