LED線性驅(qū)動(dòng)日光燈設(shè)計(jì)

劉 煉，張倫瑛

(重慶四聯(lián)光電科技有限公司)

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LED線性驅(qū)動(dòng)日光燈設(shè)計(jì)

劉 煉，張倫瑛

(重慶四聯(lián)光電科技有限公司)

解決LED日光燈成本高、工藝復(fù)雜等缺陷，設(shè)計(jì)了一款LED線性驅(qū)動(dòng)日光燈，無(wú)電解電容，燈珠與驅(qū)動(dòng)電子元件都采用SMD工藝，貼在鋁基板上，電子元件數(shù)量為11個(gè)。采用光源光電色綜合測(cè)試系統(tǒng) SL-300、智能變頻電源 AN9700H-1kvA、智能電量測(cè)量?jī)xPF9810、高低溫濕熱試驗(yàn)箱EBS-SDJ605F、雷擊浪涌發(fā)生器EMS61000-5A等設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。燈具能夠正常工作，光電色參數(shù)非常優(yōu)良。因此，LED線性驅(qū)動(dòng)日光燈有著巨大的優(yōu)勢(shì)，能有力推動(dòng)LED產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

線性；無(wú)電解電容；LED；驅(qū)動(dòng)

0 引 言

隨著LED 大規(guī)模進(jìn)入商業(yè)和家庭照明，客戶對(duì)產(chǎn)品的性能、價(jià)格、可靠性提出了更為嚴(yán)格的要求。一方面要求LED 的發(fā)光效率不斷提高、價(jià)格不斷降低。據(jù)相關(guān)調(diào)研顯示，2015年中國(guó)區(qū)域，相當(dāng)于40 W白熾燈的LED燈泡價(jià)格由4.9美元降到4美元，降幅16.67%，相當(dāng)于60 W白熾燈的LED燈泡價(jià)格從13.9美元跌到9.4美元，下降32.37%。與之對(duì)比的全球范圍內(nèi)，相當(dāng)于40 W白熾燈的LED燈泡價(jià)格從12.1美元下降到10.6美元，降幅為12.4%，相當(dāng)于60 W白熾燈的LED燈泡價(jià)格由16.1美元下降為14.5美元，下降9.94%。另一方面對(duì)于LED 燈具壽命也提出了更多要求。一般人認(rèn)為L(zhǎng)ED壽命高，但是實(shí)際壽命卻非常低，往往是由于電源壽命低而引起,目前大部分燈具解決方案都是光源+電源+外殼方式，而且電源都類同傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源原理，電路復(fù)雜，電子元件較多，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，故障機(jī)率較高。因此線性驅(qū)動(dòng)方案無(wú)需高頻變壓器，無(wú)需電解電容，簡(jiǎn)化了燈具的工藝流程，也達(dá)到了直接用市電驅(qū)動(dòng)LED 的目的，成本大幅的降低，對(duì)LED照明發(fā)展起到推動(dòng)作用。

1 方 法

1.1 線性驅(qū)動(dòng)IC工作原理

見(jiàn)圖1，該方案主要是靠一顆低壓的帶PWM調(diào)節(jié)的恒流晶體管，通過(guò)外掛MOS來(lái)承受高壓多串后線路中產(chǎn)生的壓差，當(dāng)市電電壓過(guò)高時(shí)候，MOS管就會(huì)發(fā)熱。故會(huì)有一個(gè)熱保護(hù)功能對(duì)MOS管進(jìn)行保護(hù)，一旦MOS管超過(guò)了120度就會(huì)進(jìn)入打嗝模式，從而降低MOS的溫度。為了較快保護(hù)MOS管，反饋回路越短越好，最好的方案就是MOS管內(nèi)置于芯片；如果外置MOS管，溫度反饋回路長(zhǎng)，MOS管失去了保護(hù)，導(dǎo)致燒壞MOS管。當(dāng)市電電壓穩(wěn)定在220 V，MOS管的溫度直接與驅(qū)動(dòng)電流相關(guān)，驅(qū)動(dòng)電流越大，MOS管就會(huì)越熱，故線性驅(qū)動(dòng)內(nèi)置MOS管的功率不能太大。

圖1 線性驅(qū)動(dòng)方案示意圖

圖2 線性驅(qū)動(dòng)電路示意圖

圖3 電流和電壓波形變化

1.2 線性驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

(1)保險(xiǎn)絲設(shè)計(jì)。由于線性驅(qū)動(dòng)方案沒(méi)有電解電容、CBB電容等其他容性元件，故在有雷擊浪涌時(shí)保險(xiǎn)絲容易誤燒斷，為此我們要選擇熔化熱能值較大的保險(xiǎn)絲，理論上該值越大越好，出于實(shí)際應(yīng)用建議18 W以內(nèi)應(yīng)大于0.62。

(2)壓敏電阻設(shè)計(jì)。壓敏電阻承受的交流電壓值大于交流輸入電壓的值。對(duì)雷擊浪涌能量的吸收能力決定了壓敏電阻的直徑大小，吸收能力越強(qiáng)，直徑就越大。

(3)芯片設(shè)計(jì)。由于壓敏電阻會(huì)產(chǎn)生殘壓，則會(huì)對(duì)芯片和燈珠串聯(lián)形成的回路進(jìn)行沖擊。芯片的耐壓主要由MOS管來(lái)承擔(dān)，也就是MOS管加燈珠串聯(lián)電壓大于壓敏電阻產(chǎn)生的殘壓值。壓敏電阻對(duì)雷擊浪涌吸收能力越強(qiáng)，則殘壓會(huì)越大，則對(duì)芯片MOS耐壓管要求就越高，如果雷擊浪涌吸收能力差，壓敏電阻會(huì)被突波電壓損壞，同時(shí)無(wú)法對(duì)芯片和燈珠進(jìn)行保護(hù)。故雷擊浪涌的能量大小對(duì)壓敏電阻的設(shè)計(jì)和芯片設(shè)計(jì)至關(guān)重要(圖2)。

(4)燈珠設(shè)計(jì)。該方案中沒(méi)有容性元件，故電流波形隨電壓波形變化，如圖3。燈珠最大承載電流大于電路中最大的峰值電流，否則容易導(dǎo)致光衰加劇，色溫飄逸嚴(yán)重。另外燈珠串聯(lián)后形成的電壓大概為260 V，具體電壓根據(jù)輸入電壓調(diào)整率進(jìn)行微調(diào)。燈珠串聯(lián)電壓越低， MOS管壓差加大，發(fā)熱增加，提前過(guò)溫保護(hù)；其電壓越高，MOS管壓差降低，發(fā)熱降低，發(fā)熱量降低，耐高溫環(huán)境越好，但額定電壓下電流飄逸嚴(yán)重，通過(guò)燈珠的電流越小，燈珠利用率越低。

(5)D3二極管設(shè)計(jì)。其反向電壓值大于全串燈珠電壓1/2的值。其正向通過(guò)的電流值大于通過(guò)燈珠的電流值。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)該方案我們制作出0.6 m日光燈產(chǎn)品，見(jiàn)圖4。

圖4 日光燈外形圖

2.1 光電色測(cè)試數(shù)據(jù)

表1 光電色測(cè)試結(jié)果

2.2 可靠性測(cè)試

(1)使用雷擊浪涌發(fā)生器EMS61000-5A通過(guò)了500 V雷擊浪涌測(cè)試。

(2)使用高低溫濕熱試驗(yàn)箱EBS-SDJ605F通過(guò)了-20℃至+55℃高低溫測(cè)試。

通過(guò)測(cè)試后點(diǎn)亮,見(jiàn)圖5。

圖5 日光燈工作圖

2.3 批量用于客戶

實(shí)驗(yàn)通過(guò)后進(jìn)行批量生產(chǎn),并用于某大型企業(yè),見(jiàn)圖6、圖7。

圖6 日光燈照明情況(一)

圖7 日光燈照明情況(二)

3 小 結(jié)

當(dāng)前，我國(guó)正處在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級(jí)、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式轉(zhuǎn)變的重要?dú)v史時(shí)期，依靠技術(shù)創(chuàng)新來(lái)推動(dòng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，已成為政府與產(chǎn)業(yè)界的共識(shí)。作為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一的LED產(chǎn)業(yè)，近年來(lái)成為國(guó)內(nèi)最“熱”的產(chǎn)業(yè)之一，在政策、技術(shù)和市場(chǎng)的共同推動(dòng)下，近年LED產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了高速增長(zhǎng)，呈現(xiàn)出產(chǎn)業(yè)規(guī)模日益壯大，產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)勢(shì)明顯，推廣應(yīng)用成效顯著等特點(diǎn)。

在利潤(rùn)不如從前優(yōu)厚的背景下，降低LED生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率就顯得尤為重要。該方案不僅驅(qū)動(dòng)和燈珠全部采用SMD工藝，同時(shí)也降低了生產(chǎn)電源時(shí)的工人數(shù)量、材料成本、運(yùn)輸成本、工藝成本、機(jī)器成本和管理成本,為國(guó)內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了推動(dòng)的作用。

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Design of LED Linear Driving Fluorescent Lamp

LIU Lian, ZHANG Lunying

(ChongqingSilianOptoelectronicTechnologyCo.,LTD.)

To solve the LED fluorescent lamp defects such as high cost and complicated process. Designed a linear driving LED fluorescent lamp, non-electrolytic capacitor, for which electronics (11 pcs) and lamp beads both of SMD technology are welded on the aluminium substrate together, and used testing equipments including light source photoelectric color integrated test system SL-300、intelligent frequency power AN9700H-1KvA、intelligent electric charge instrumentation PF9810、high-low temperature-humidity test chambers EBS-SDJ605F and lightning surge generator EMS61000-5A. LED linear driving fluorescent lamp has a huge advantage, which can vigorously promote the rapid development of LED industry.

linear; non-electrolytic capacitor; LED; drive

2016-05-25 作者簡(jiǎn)介:劉煉(1986—)，男，本科，照明LED系統(tǒng)工程師。