全电压20WLED日光灯开关恒流源设计方案

  电路见图 1,交流市电入口接有 1A 保险丝 FS1 和抗浪涌负温度系数热敏电阻 NTC。之后是滤波器,由 L1、L2 和 CX1 组成。BD1 是整流全桥,内部是 4 个高压硅二极管。C1、C2、R1、D1~D3 组成无源功率因数校正,工作原理见本公司《用 PT4107 设计L3、续流二极管 D5组成 Buck 降压变换,U1 采集传感电阻 R6~R9 上的峰值电流,由内部逻辑控制 GATE 脚信号的脉冲占空比进行恒流控制。芯片由 T1、D4、C4、R2~R4 组成的电子滤波器降压后供电,这个滤波器内阻很高,输出阻抗很小,能提供约 16V 稳定电压,确保芯片在全电压范围里稳定工作。R5 是芯片振荡电路的一部分,改变它会调节振荡频率。电位器RT 在本电路中不是用来调光,而是用来微调的电流,使电路达到设计功率。本电路的参数是为22个LED串联,15串并联,

  图2是恒流源的实际照片,33个元件安装在235×25×0.8 毫米的环氧单面印制板上,PCB走线是按电力电子规范要求设计的,可以直接安装在28毫米的灯管之中。

  这个恒流源的主要电气参数如表1,表中的参数是在CCM模式下测试得到的。它是针对85~245V交流电源设计的,实际上能在更宽的电压范围里工作,如60~270V,但输出电流会发生变化。驱动不同厂商的LED输出电压会略有变化,这是LED的正向压降不同而造成的,不会影响恒流精度。改变振荡频率和元件参数会使电路改变工作状态,例如降低频率或减小L3的电感量会使电路进入DCM模式,这时电路的电气参数就会改变。电路的元器件在成本和可靠性方面作了折中,元器件的数目已减到最低程度。表2是详细的材料表,为了保证质量,尽量选用推荐产商的元器件。

  图 3 是电子滤波器 T1 发射极的波形,输出电压是直流 16V,输入电压在在 70V~245V范围里,这个电压是稳定不变的。

  图 4 是 MOS 管栅极的波形,这是典型的门驱动脉冲波形,频率基本是固定的,脉冲的占空比随着负载电流和输入电压变化。当负载固定时,输入电压降低占空比增大,最低工作电压下的占空比是 0.48。脉冲幅度是固定 14.8V,不应该随输入电压升高而增加。测量中可看到脉冲在水平方向抖动,这并不是故障,而是为了降低 EMI 在芯片里增加了扩频功能。

  图 5 是 MOS 管的的漏极电压波形,波形频率与栅极相同,但极性相反。当恒流源空载时,漏极电压是交流输入电压的 1.4 倍,有载时是交流输入电压的 1.2~1.3 倍。由于采用超高速恢复二极管续流,电感产生的反向电动势被阻尼,因而波形很干净。注意,用示波器测试漏极电压一定要用专门的高压探头,否则会损坏示波器。

  图 6 是 MOS 管源极电压,这个电压是 MOS 管的工作电流在传感电阻上的压降,它的幅度与 MOS 管的工作电流成正比。这个电压在单周期里送到芯片中作为控制信号,控制MOS 管栅极脉冲的占空比,使流过 LED 的电流恒定。源极电压与栅极电压的最大不同是脉冲前后沿有尖峰,尖峰是由输出镇流电感和MOS 管的寄生电感产生的,这些尖峰是产生开关损耗的根源。波形的顶部的斜坡是由导通损耗产生的。导通损耗和开关损耗是 MOS 管发热的主要原因。

  图7 左上部两个波形分别是LED+和LED-端的电压波形(带240欧姆负载),左下是(LED+)-(LED-)的波形,即输出电压。右图是用电流感应环测量的输出电流纹波。由于电流环的高频响应很好,显示出了几十毫伏的尖峰电流,它们是回路的寄生电感产生的反向电动势引起的,滤波电容对它是无可奈何的。注意,用示波器测量电流要用专门的电流探头或电流感应环。

  图8是在27OC 室温环境里,不同输入电压对应的输出电流,即输入电压调整率特性。

  图 9 是环境温度变化对输出电流的影响,这个曲线是用测试数据在Origin软件上拟合的。测试数据来自 10 个图 2 所示的电路板在老化箱中,带载工作在-15OC~+75OC,步长 5OC测试的。

  注意:本恒流源是非隔离式结构,电路板和 LED 引脚上均带电,要严格遵守带电安全操作规则,避免发生人体触电事故!

  首先检查LED板上发光管的串并结构, 每串LED必须在12~28个范围内,10~15串并联,总电流控制在260mA以内,总功率不要超过20W。恒流源板用2线V 市电,L接火线,N接地线%的波动,接好LED 后再接通电源。不建议先上电再接LED,这样会损伤LED缩短使用寿命。当LED点亮后,如果电流偏离设计

留下评论