LED日光灯设计方案简介
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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关键元件。镇流功率电感L3要求Q值高、饱和电流大、电阻小。标称3.9mH 的电感,在40kHz~100kHz频率范围里Q值应大于90。设计时要选用饱和电流是正常工作电流2倍的功率电感。本电路设计输出电流250mA,因此选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。一旦电感发生饱和,MOS管、LED光源、PWM控制芯片就会瞬间烧毁。建议使用高导磁率微晶材料的功率电感,它可以确保恒流源长期安全可靠地工作。
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,以帮助LED光源散热。工字磁芯电感器的磁路是开放的,当使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,由于金属铝能使其磁路发生变化,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D5一定要选用快速恢复二极管,它要跟上MOS管的开关周期。如果在此使用1N4007,那么在工作时会烧毁的。此外,续流二极管通过的电流应是LED光源负载电流的1.5~2倍,本电路要选用1A的快速恢复二极管。
8.PT4107开关频率设定
PT4107开关频率的高低决定功率电感L3和输入滤波电容器C1、C2、C3的大小。如果开关频率高,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,导致效率下降。因此,对AC 220V的电源输入来说,50kHz~100kHz是比较适合的。PT4107开关频率设定电阻R5计算公式如下。当F=50kHz时,R5=500KΩ。
9.MOSFET管的选择
MOSFET管Q1是本电路输出的关键器件。首先,它的RDS(ON)要小,这样它工作时本身的功耗就小。另外,它的耐压要高,这样在工作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上将不可避免的出现电流尖峰。为避免这种情况发生,芯片内部设置了400ns的采样延迟时间。因此,传统的RC滤波器可以被省去。在这段延迟时间内,比较器将失去作用,不能控制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,这样可以减小电阻精度和温度对输出电流的影响,并且可以方便地改变其中一个或几个电阻的阻值,达到修改电流的目的。建议选用千分之一精度、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光源负载电流为依据来计算。
R(6-9)=0.275/ILED
PR(6-9)=ILED2x R(6-9)
11.电解电容器
LED光源是一种长寿命光源,理论寿命可达50,000小时,但是,应用电路设计不合理、电路元器件选用不当、LED光源散热不好,都会影响它的使用寿命。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,它的使用寿命在5,000小时以下,这就成了制造长寿命LED灯具技术的拦路虎。本电路设计使用了C1、C2、C4、C5、C7多颗铝电解电容器。铝电解电容器的寿命还与使用环境温度有很大关系,环境温度升高电解质的损耗加快,环境温度每升高6 oC,电解电容器寿命就会减少一半。LED日光灯管内温度因空气不易流动,如电源驱动板设计不合理,管内温度会比较高,电解电容器的寿命因此大打折扣。选用固态电解电容器,也许是延长寿命的好办法之一,但导致成本上升。
应用PT4107可以设计以多颗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日光灯方案,以及类似应用的吸顶灯、满天星灯、野外照明工作灯、球泡灯等,也可设计以高亮度1W WLED光源串联为负载的LED庭园灯、LED路灯、LED隧道灯。
2009年初日本政府为降低公共照明的碳排放,强制企业执行节能减碳政策,日本办公室节能照明需求逐渐升温,大力推广LED日光灯,促进了中国LED日光灯的生产。因此参照本设计电路优化设计适用AC110V的LED日光灯电路已被广泛用于生产。
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