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详解LED 照明灯具设计方案

时间:详解LED 照明灯具设计方案

  光源作为第四代新型节能光源自诞生之时即被用来做各类灯具的发光光源。作为光源的白炽灯其发光效率只有百分之五,而照明以其高节能、长寿命、利环保的特点成为大家广为关注的焦点。这几年高亮度的 LED 光源因其制造技术突飞猛进,而其生产成本又节节下降,如今使用 LED 光源作为高亮度、高效率而又省电、无碳排放的能照明光源已成为全球的海量需求,一个以制造 LED 照明灯具的新兴行业正在崛起,产业链正在日益完善,技术正在日日更新。

  BP2808 是专门驱动 LED 光源的恒流控制芯片。BP2808 工作在连续电流模式的降压系统中,芯片通过控制 LED 光源的峰值电流和纹波电流,从而实现 LED光源平均电流的恒定。芯片使用非常少的外部元器件就实现了恒流控制、模拟调光和 PWM 调光等功能。系统应用电压范围从 12VDC 到 600VDC,占空比最大可达 100%;适用于交流 85V-265V 宽电压输入,主要应用于非隔离的 LED 灯具电源驱动系统。BP2808 采用专利技术的源极驱动恒流补偿技术,使得驱动 LED 光源的电流恒定,从交流 85V-265V 范围内变化小于±3%。结合 BP2808 专利技术的驱动系统应用电路,使得 18W 的 LED 日光灯实用方案,在交流 85V-265V 范围内系统效率高于 90%。在交流 85V-265V 输入范围内,BP2808 可以驱动从 3W 到36W 的 LED光源阵列,因此广泛应用于 E14 /E27 / PAR30 / PAR38 / GU10 等灯杯和 LED 日光灯。

  BP2808 具有多重LED 保护功能包括LED 开路保护、LED 短路保护、过温保护。一旦系统故障出现的时候,电源系统自动进入保护状态,直到故障解除,系统再自动重新进入正常工作模式。复用DIM 引脚可进行LED 模拟调光、PWM 调光和灯具系统动态温度保护。

  LED 日光灯的 LED 光源灯条电源驱动方案有很多种,目前非隔离方案因其效率高、体积小、成本低而占主流,而用 PWM LED 驱动控制器来做 LED 日光灯驱动电源的又占绝大多数。事实上传统的荧光日光灯都是非隔离方案。

  以 AC176V—264V 全电压输入为例,采用 BP2808 为主芯片来设计负载为小功率多颗 LED 光源多串、多并的 LED 日光灯时,整个系统方案的设计方框图思考如下:图 2 18W LED 日光灯系统方案设计方框图

  全电路由抗浪涌/雷击保护、EMI 滤波、全桥整流、无源功率因素校正(PPFC)、启动电压(包括前馈补偿、开机后的馈流供电、驱动变软)、恒流补偿、PWM 控制、源极驱动、LED光源阵列,以及采样电阻、、储能电感、续流二极管等各部分组成。LED光源阵列设计为 0.06W 白光 LED(SMT 或草帽灯) 24 个串联、12 串并联的方案,驱动 288 个小功率 WLED,总功率 18W。

  按此数据思考,全电压 18W LED 日光灯开关恒流源的设计电路如图 3 所示,其各部分的功能如红字所标注。图中抗雷击和 EMI 滤波组成 EMC 电路,馈流供电是利用已经做在芯片内部的整流二极管来实现的。

  从 AC220V 看进去,交流市电入口接有 1A 保险丝 F1 和抗浪涌/雷击的压敏电阻 Vz1;之后是 EMI 滤波器,由 Ld1、Lc1 和 Cx1、Cx2 组成;DB1 是全桥整流器,内部是 4 个高压硅二极管;CE1、CE2、R10、D2~D4 组成无源功率因数校正电路。

  BP2808 芯片由 R15、R16 启动电阻降压经 R17、C3 前馈补偿,并由 Dz1、C2、R18与 BP2808 内部电路组成专利的恒流补偿电路稳压后给 BP2808 控制电路供电,系统启动后由于控制电路本身静态电流小,以及芯片内部存在从 OUT 到 VCC 的馈流二极管可向 BP2808 提供工作电源,此时电阻 R15-17 上通过的电流将大大降低,因而总的系统功耗也大大降低,系统效率得到明显提高。专利的源极驱动电路由MOS 管 Q1、D6、Rg、Rt 、Rcs 与 BP2808 内部电路组成其显著特点是有效降低功耗、提高恒流精度。源极驱动方式的驱动电路使系统消耗电流减少,尤其是减少了传统的高压差供电通路中类似 R15-17 上的电流,从而降低了功耗,提高了效率。D6、Rg 可使开关开通驱动变软,关断驱动保持较强,既改善 EMI,又尽量不牺牲效率。与 LED 光源并联的输出滤波电容 C0 用以减少 LED 光源上的电流纹波。

  BP2808的CS端采集电流采样电阻Rs1~Rs2上的峰值电流,由内部逻辑在单周期内控制OUT脚信号的脉冲占空比进行恒流控制,输出恒流与D5、LM1的续流电路合并向LED光源恒流供电。LED光源阵列组合改变时,电阻Rs1~Rs2的阻值也要随之改变,使整个电路的输出电流满足LED光源阵列组合的要求。

  PCB板的排列是做好产品的关键,因此PCB板的走线要按电力电子安全规范要求来设计。本电路可通用于T10、T8日光灯管,因两管空间大小不同,二块PCB板的宽度将不同,要降低所有零件的高度,以便放入T10、T8灯管。图4是T10恒流源板的实物照片,30个元件安装0.8 毫米厚的环氧单面印制板上。

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