1、LED日光燈設計方案日光燈作為一種光亮柔和而有效的光源在全世界廣受歡迎，無論是在家居、商店、 辦公室、學校、超市、醫院、劇場，還是在商業冰柜、廣告燈箱、地鐵、人行隧道、人防工 程、夜市燈飾照明等，只要需要照明的地方均可見到日光燈。傳統的熒光日光燈其電源的利用率并不理想：附加鎮流器功耗較大，開啟時需要輔助高壓；日光燈管內置的水銀在廢棄時無法處理，成為污染環境的公害。日光燈管的熒光粉在充入日光燈管過程中， 含有較多量的汞（水銀），因此日光燈管破裂后， 跑出來的水銀蒸氣對人 體的危害較大。權威資料顯示：汞蒸氣達至3毫克時會使人在2至3月內慢性中毒，達至毫 克時會誘發急性汞中毒，如若其量達到20毫克，

2、會直接導致動物死亡。作為第四代新型節能光源，LED光源誕生之時即被用來做各類燈具的發光光源。的白光LED草帽燈、食人魚是最早被用在 LED日光燈的發光燈條上的。每個 LED日光燈管使用數量 不等，約280-360顆。現在新一代的LED日光燈發光燈條使用從到 1W顯色為純白、青白、 暖白、冷白的貼片 LED平面光源。節能省電是LED日光燈的最大特點。以 T8日光燈為例，標稱 36W的熒光日光燈（CFL）, 其附加鎮流器耗電 8W工作時實際耗電44W/照亮流明為420lm,使用壽命3千小時。而同 樣規格的LED日光燈，工作時實際耗電僅16W照亮流明為550lm,使用壽命可達3萬小時。PWM LED

3、區動控制器PT4107LED日光燈的LED燈條電源驅動方案有很多種，目前非隔離方案因其效率高而占主流， 而用PWM LED區動控制器來做 LED日光燈驅動電源的又占絕大多數。PT4107是一個典型的PWM LED區動控制器，其內部拓撲結構如圖1。PT4107是一款高壓降壓式 PWM LED區動控制器，通過外部電阻和內部的齊納二極管，可以將經過整流的 110V或220V交流電壓箝位于 20V。當Vin上的電壓超過欠壓閉鎖閾值 18V 后，芯片開始工作，按照峰值電流控制的模式來驅動外部的MOSFET在外部MOSFE硒源端和地之間接有電流采樣電阻，該電阻上的電壓直接傳遞到PT4107芯片的CS端。當

4、CS端電壓超過內部的電流采樣閾值電壓后，GAT瑞的驅動信號終止，外部 MOSFE慶斷。閾值電壓可以由內部設定，或者通過在LD端施加電壓來控制。 如果要求軟啟動， 可以在LD端并聯電 容，以得到需要的電壓上升速度，并和LED電流上升速度相一致。PT4107的主要技術特點：從 18V到450V的寬電壓輸入范圍，恒流輸出；采用頻率抖動減少電磁干擾，利用隨機源來調制振蕩頻率，這樣可以擴展音頻能量譜，擴展后的能量譜可以有效減小帶內電磁干擾，降低系統級設計難度；可用線性及PW硼光，支持上百個 LED的驅動應用，工作頻率 25kHz-300kHz ,可通過外部電阻來設定。PT4107封裝如圖2,各引腳功能如

5、下：1 GND 芯片接地端；2 CS LED峰值電流采樣輸入端；3 LD 線性調光接入端；4 RI 振蕩電阻接入端；5 ROTP過溫保護設定端；6 PWMD PWM光兼使能輸入端，芯片內部有100K上拉電阻；7 VIN 芯片電源端；8 GATE馬區動外掛 MOSFE柵極；設計全電壓20W日光燈開關恒流源以AC 85V245V全電壓輸入為例，采用 PT4107 PWMLED驅動控制器來做 LED日光燈驅動電源的主芯片，設計一個比較理想的應用電路方案（ 圖 3） 。 該方案由全電路由抗浪涌保護、EMCt波、全橋整流、無源功率因素校正（PFC）、降壓穩壓器、PWMLED驅動控制器、擴流恒流電路組成。

6、按此理念，設計成的全電壓 20W日光燈開關恒流源電原理圖如圖4所示。從AC 220V看進去，交流市電入口接有 1A保險絲FS1和抗浪涌負溫度系數熱敏電阻NTC之后是EMI濾波器，由L1、L2和CX1組成。BD1是整流全橋，內部是 4個高壓硅二極管。C1、C2、R1、 D1D3組成無源功率因數校正電路。PT4107芯片由T1、D4、C4 R2R4組成的電子濾波器降壓穩壓后供電，這個濾波器輸入阻抗很高，輸出阻抗很小，整流后近300V直流高壓經此三極管降壓向PT4107 Vin提供約1820V穩定電壓，確保芯片在全電壓范圍里穩定工作。這個電路不像先前方案的電阻降壓電路那樣耗能而發燙。PWM6制芯片U

7、1（PT4107）和功率MOSf Q1、鎮流功率電感 L3、續流二極管 D5組成降壓穩壓電路，U1采集電流采樣電阻 R6- R9上的峰值電流，由內部邏輯在單周期內控制 GATE卻信號的脈沖占空比進行恒流控制。輸出恒流與DS L3的續流電路合并向 LED光源恒流供電，改變電阻R6R9的阻值可改變整 個電路的輸出電流，但 DS L3也要隨之改動。R5是芯片振蕩電路的一部分，改變它可調節 振蕩頻率。電位器 RT在本電路中不是用來調光，而是用來微調恒流源的電流，使電路達到 設計功率。由于器件的分散性，批量生產時每一塊電源板的輸出電流會略有不同，在生產線上可用此電位器來調整每塊電源板的輸出電流。為保證已

8、調好電源板的穩定性，一定要選用渦輪渦桿微調電位器，并在調好后滴膠固封。本電路的參數是按每串 22個LED,共15串并聯，驅動330個60毫瓦的白光LED負載 設計的，每串的電流是毫安， 設計輸出為36-80V/250mA。如果改變LED數量，則需修正R6 R9的參數。PCB板的排列是做好產品的關鍵，因此PCB板的走線要按電力電子規范要求來設計。本電路可用于T10、T8日光燈管，因兩管空間大小不同，二塊 PCB板的寬度將不同，需要降低 所有零件的高度，以便放入T10、 T8 燈管。圖5 是 T10 恒流源板的實物照片，33 個元件安裝在235X 25X毫米的環氧單面印制板上。關鍵的設計和考慮因素

9、1抗浪涌的NTC。抗浪涌的NTC選用300/熱敏電阻，如改變此方案的輸出，比如增大電流，則NTC的電流也要選大一些，以免過流自發熱。2. EMCt波在交流電源輸入端，一般需要增加由共軻電感、X電容和Y電容組成的濾波器，以增加整個電路抗EMI的效果，濾除掉傳導干擾信號和輻射噪聲。本電路采用共軻電感加 X電容器的簡潔方式，主要還是出于整體成本的考慮，本著夠用就好的設計原則。X電容器應標有安全認證標志和耐壓 AC275V字樣，其真正的直流耐壓在 2,000V以上，外觀多為橙色或藍色。 共軛電感是繞在同一個磁芯上的兩個電感量相同的電感，主要用來抑制共模干擾，電感量在1030mHe圍內選取。為縮小體積和

10、提高濾波效果，優先選用高導磁率微晶材料磁芯制作 的產品， 電感量應盡量選較大的值。使用二個相同電感替代一個共軛電感也是一個降低成本的方法。3. 全橋整流全橋整流器BD1主要進行AC/DC變換，因此需要給予系數的安全余量，建議選用 600V/1A。4無源PFC普通的橋式整流器整流后輸出的電流是脈動直流，電流不連續，諧波失真大，功率因數低， 因此需要增加低成本的無源功率因數補償電路，如圖 6 所示。 這個電路叫做平衡半橋補償電路，C1和D1組成半橋的一臂，C2和D2組成半橋的另一臂,D3和R組成充電連接通路，利用填谷原理進行補償。濾波電容C1和C2串聯，電容上的電壓最高充到輸入電壓的一半，一旦線電

11、壓降到輸入電壓的一半以下， 二極管D1和D2就會被正向偏置，使C1和C2開始并 聯放電。這樣，正半周輸入電流的導通角從原來的75°105°上升到30°150° ;負半周輸入電流的導通角從原來的255°285°上升到210°330° （圖7）。與D3串聯的電阻R有助于平滑輸入電流尖峰，還可以通過限制流入電容C1和C2的電流來改善功率因數。采用這個電路后，系統的功率因數從提高到。R有浪涌緩沖和限流功能，因此不宜省略。5降壓穩壓電路給PT4107供電的電路是倍容式紋波濾波器（圖8）,具有電容倍增式低通濾波器和串聯穩壓調整

12、器雙重作用。在射極輸出器的基極到地接一個電容C4,由于基極電流只有射極電流的1/（1 + 3 ）,相當于在發射極接了一個容值為 （1 + 3 ）C4的大電容，這就是電容倍增式 濾波器的原理。如果在基極到地之間再連接一個齊納二極管，就是一個簡單的串聯穩壓器，該電路能有效地消除高頻開關紋波。請注意，T1 要選擇雙極型晶體管的Vbceo500V，Ic=100mA。穩壓二極管 D4要用20V、1/4W任何型號的小功率穩壓管。6鎮流功率電感鎮流功率電感L3與Q1 MOSf,以及R6、R7、R& R9并聯的電流采樣電阻，是此電 路恒流輸出的三大關鍵元件。鎮流功率電感L3要求Q值高、飽和電流大、 電

13、阻小。標稱 的電感，在40kHz100kHz頻率范圍里 Q值應大于90。設計時要選用飽和電流是正常工作電 流2倍的功率電感。本電路設計輸出電流250mA因此選500mA選用功率電感的繞線電阻要小于20、居里溫度大于 400 oC的優質功率電感。一旦電感發生飽和，MOSf、LED光源、PWM!制芯片就會瞬間燒毀。建議使用高導磁率微晶材料的功率電感，它可以確保恒流源長 期安全可靠地工作。L3電感要選用EE13磁芯的磁路閉合電感器，或高度低一點的EPC13B芯（圖9）。現在LED日光燈大多數選用半鋁半PV塑料的燈管，以幫助 LED光源散熱。工字磁芯電感器的磁路是開放的，當使用工字磁芯電感器的電源驅動

14、板進入半鋁半PV塑料燈管時，由于金屬鋁能使其磁路發生變化，往往會使已調試好的電源驅動板輸出電流變小。7續流二極管續流二極管D5一定要選用快速恢復二極管，它要跟上 MOSf的開關周期。如果在此使 用1N4007,那么在工作時會燒毀的。此外，續流二極管通過的電流應是LED光源負載電流的2倍，本電路要選用1A的快速恢復二極管。8. PT4107開關頻率設定PT4107開關頻率的高低決定功率電感L3和輸入濾波電容器 C1、C2、C3的大小。如果開關頻率高，則可選用更小體積的電感器和電容器，但Q1 MOSFETT的開關損耗也將增大，導致效率下降。因此，對AC220V的電源輸入來說，50kHz100kHz

15、是比較適合的。PT4107開關頻率設定電阻 R5計算公式如下。當 F=50kHz時，R5=500©。9. MOSFETT的選擇MOSFETT Q1是本電路輸出的關鍵器件。首先，它的RDS(ON要小，這樣它工作時本身的功耗就小。另外，它的耐壓要高，這樣在工作中遇到高壓浪涌不易被擊穿。在MOSFET勺每次開關過程中， 采樣電阻R6R9上將不可避免的出現電流尖峰。 為避免 這種情況發生，芯片內部設置了 400ns的采樣延遲時間。因此，傳統的 RC濾波器可以被省 去。在這段延遲時間內，比較器將失去作用，不能控制GAT目I腳的輸出。10電流采樣電阻電阻R6、 R7、 R8、 R9 并聯作為采樣

16、電阻，這樣可以減小電阻精度和溫度對輸出電流的影響， 并且可以方便地改變其中一個或幾個電阻的阻值，達到修改電流的目的。建議選用千分之一精度、溫度系數為 50Ppm的SMD(1206) 1/4W電阻。電流采樣電阻 R6- R9的總阻值設 定和功率選用，要按整個電路的LED光源負載電流為依據來計算。R(6-9)=ILEDPR(6-9)=ILED2 x R(6-9)11. 電解電容器LED光源是一種長壽命光源，理論壽命可達50,000小時，但是，應用電路設計不合理、電路元器件選用不當、LED光源散熱不好，都會影響它的使用壽命。特別是在驅動電源電路里，作為AC/DC整流橋的輸出濾波器的電解電容器，它的使用壽命在 5,000小時以下，這就成了制造長壽命 LED燈具技術的攔路虎。本電路設計使用了C1、C2、C4 C5 C7多顆鋁電解電容器。鋁電解電容器的壽命還與使用環境溫度有很大關系，環境溫度升高電解質的損耗加快，環境溫度每升高 6 oC,電解電容器壽命就會減少一半。LED日光燈管內溫度因空氣不易流動，如電源驅動板設計不合理，管內溫度會比較高，電解電容器的壽命因此大打折扣。選用固態電解電容器，也許是延長壽命的好辦法之一，但導致成本上升。應用PT4107可以設計以多顆 WLED）t源串并聯為負載的，電壓輸入為AC110V或AC