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LED日光灯应用典型方案设计

菜鸟
2010-05-10 10:27:34     打赏

LED日光灯应用典型方案设计

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。

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:

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、Toff时间设定、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

18W LED日光灯系统主要参数设定如下:

Ø        电源主要参数:

输入电压:Vin=176V-264V

工作频率: Fin=50Hz

单个LED电压: Vled=3.2V

单个LED电流: Iled=20mA(实际应用一般选择16~19mA)

系统效率: η=90%

功率因数: PFC=0.9

电感电流纹波系数: ΔIL= 65%

Ø        相关参数计算及设定:

输出电压: Vout=24s×3.2V=76.8V

输出电流: Iout=12p×20mA=240mA

输出功率: Pout=76.8×240=18.4W

电感峰值电流: ILpk=240+(240×65%)=396mA

电感纹波电流: ILrp=2×(396-240)=312mA

关断时间: Toff=10.8uS

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(图没能上传望谅),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。
颜工

 




关键词: 日光灯     应用     典型     方案设计    

院士
2010-05-10 10:31:33     打赏
2楼

颜工,您是不是不太知道本论坛如何上传图片啊?


菜鸟
2010-05-11 09:04:22     打赏
3楼

是啊!你给我的是changjiang0417 


菜鸟
2010-05-11 09:06:57     打赏
4楼

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可使驱动变软。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。
颜工


菜鸟
2010-05-13 08:38:57     打赏
5楼

如是设计AC85V--264V全电压输入,又要考虑PFC,可将LED光源阵列设计成0.06W白光LED 12个串联、24串并联方案。

目前可使用的LED日光灯驱动IC有好几种,其性能参数都有差异,现列表2供设计选型参考。从中可见BP2808的固定Toff工作模式、100%占空比、芯片工作电流仅0.2mA、效率达92%、恒流补偿和使用独特的源极驱动模式等特性,使其具有适用于LED照明灯具的明显优势。
颜工


菜鸟
2010-05-13 08:40:32     打赏
6楼

关键技术数据的设计

抗雷击压敏电阻

压敏电阻横跨输入端主要是为了抗电网传来的浪涌、雷击。

EMI滤波  

电磁兼容(EMC)是指在有限的空间、时间和频谱范围内各种电气设备共存而不引起性能下降,它包括电磁干扰(EMI)和电磁敏感(EMS)两方面的内容。EMI是指电气产品向外发出噪声,EMS则指电气产品抵抗干扰的能力。一个电源电路中的MOS功率开关管的高速开关动作,不可避免地要导致严重的EMI

为有效抑制和降低EMI,在交流电源输入端,一般需要增加由共模电感、X电容和Y电容组成的滤波器,以增加整个电路抗EMI的效果,滤除掉传导干扰信号和辐射噪声。本电路采用共模电感 + X电容器的简洁方式,主要还是出于整体成本的考虑,本着够用就好的设计原则。X电容器应标有安全认证标志和耐压AC275V字样,其真正的直流耐压在2000V以上,外观多为橙色或蓝色。共模电感是绕在同一个磁芯上的两个电感量相同的电感,主要用来抑制共模干扰,电感量在10~30mH范围内选取。为了缩小体积和提高滤波效果,优先选用高导磁率微晶材料磁芯制作的产品,电感量应尽量选较大的值。

全桥整流

全桥整流器BD1,主要进行AC/DC变换,因此需要给予1.5系数的安全余量,建议选用1000V 1A。
颜工


院士
2010-05-13 09:23:36     打赏
7楼
看样子OK了~

菜鸟
2010-05-14 08:37:54     打赏
8楼

无源PFC

普通的桥式整流器整流后输出的电流是脉动直流,电流不连续,谐波失真大,功率因数低。因此需要增加低成本的无源功率因数补偿电路,如图5所示。这个电路叫做平衡半桥补偿电路,C1D1组成半桥的一臂,C2D2组成半桥的另一臂,D3R组成充电连接通路,利用填谷原理进行补偿。滤波电容C1C2相串联,电容上的电压最高充到输入电压的一半(VAC/2),一旦线电压降到VAC/2以下,二极管D1D2就会被正向偏置,这样使C1C2开始并联放电。这样一来,正半周输入电流的导通角从原来的75°~105°上升到30°~150°;负半周输入电流的导通角从原来的255°~285°上升到210°~330°(图6)。与D3串联的电阻R有助于平滑输入电流尖峰,还可以通过限制流入电容C1C2的电流来改善功率因数。采用这个电路后,系统的功率因数从0.6提高到0.89--0.90R有浪涌缓冲和限流功能,因此不宜省略。本设计方案CE1、CE2 选用两个22uF/250V 105℃的电解电容器。

5:平衡半桥PFC电路

6: 平衡半桥PFC电路的效果

 

恒流补偿与源极驱动二个专利应用电路

恒流补偿与源极驱动二个专利应用电路使BP2808应用更显方便和更具特色。从图7可见,BP2808 GND与LN的内部电路与R3、C3、R4、Dz1、C2组成恒流补偿的专利应用电路;BP2808 Vcc、CS与OUT的内部电路与Q1、D6、Rg、Rt、Rcs组成源极驱动的专利应用电路。

图8是源极驱动控制电原理路,从中可见BP2808内部的低压开关MOS管(700mA)漏极连接到外部功率开关MOS管Q1的源极,而其源极连接到采样电阻RCS的一端以及第一比较器的输入端,其栅极连接到RS触发器的输出端。外部功率开关MOS管Q1的漏极输出电流经储能电感直接驱动LED光源。芯片内的Do是馈流二极管,在BP2808启动工作后,从OUT到VCC的馈流经Do整流向BP2808提供工作电源

采用源极驱动,可以有效减少驱动电路电流消耗、降低功耗、提高效率;传统的高压差供电通路中为了将整流后的直流高压降至PWM芯片所需要的低压工作电压,采用低阻大功率电阻降压,器件发烫,自耗功率很大。

 颜工


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