詳解LED 照明燈具設(shè)計方案 - 全文

關(guān)鍵詞： LED , 電壓 , 電源 , 日光燈

LED 光源作為第四代新型節(jié)能光源自誕生之時即被用來做各類燈具的發(fā)光光源。作為光源的白熾燈其發(fā)光效率只有百分之五，而 LED 光源的發(fā)光效率幾乎接近百分之五十。LED 照明以其高節(jié)能、長壽命、利環(huán)保的特點成為大家廣為關(guān)注的焦點。這幾年高亮度的 LED 光源因其制造技術(shù)突飛猛進，而其生產(chǎn)成本又節(jié)節(jié)下降，如今使用 LED 光源作為高亮度、高效率而又省電、無碳排放的能照明光源已成為全球的海量需求，一個以制造 LED 照明燈具的新興行業(yè)正在崛起，產(chǎn)業(yè)鏈正在日益完善，技術(shù)正在日日更新。

1 BP2808 基本工作原理

BP2808 是專門驅(qū)動 LED 光源的恒流控制芯片。BP2808 工作在連續(xù)電流模式的降壓系統(tǒng)中，芯片通過控制 LED 光源的峰值電流和紋波電流，從而實現(xiàn) LED光源平均電流的恒定。芯片使用非常少的外部元器件就實現(xiàn)了恒流控制、模擬調(diào)光和 PWM 調(diào)光等功能。系統(tǒng)應(yīng)用電壓范圍從 12VDC 到 600VDC，占空比最大可達 100%；適用于交流 85V-265V 寬電壓輸入，主要應(yīng)用于非隔離的 LED 燈具電源驅(qū)動系統(tǒng)。BP2808 采用專利技術(shù)的源極驅(qū)動和恒流補償技術(shù)，使得驅(qū)動 LED 光源的電流恒定，從交流 85V-265V 范圍內(nèi)變化小于±3％。結(jié)合 BP2808 專利技術(shù)的驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)用電路，使得 18W 的 LED 日光燈實用方案，在交流 85V-265V 范圍內(nèi)系統(tǒng)效率高于 90％。在交流 85V-265V 輸入范圍內(nèi)，BP2808 可以驅(qū)動從 3W 到36W 的 LED 光源陣列，因此廣泛應(yīng)用于 E14 /E27 / PAR30 / PAR38 / GU10 等燈杯和 LED 日光燈。

BP2808 具有多重LED 保護功能包括LED 開路保護、LED 短路保護、過溫保護。一旦系統(tǒng)故障出現(xiàn)的時候，電源系統(tǒng)自動進入保護狀態(tài)，直到故障解除，系統(tǒng)再自動重新進入正常工作模式。復(fù)用DIM 引腳可進行LED 模擬調(diào)光、PWM 調(diào)光和燈具系統(tǒng)動態(tài)溫度保護。

BP2808 采用SOP8 封裝，如圖1所示。BP2808管腳功能描述如表1：

2 LED 日光燈應(yīng)用典型方案設(shè)計

LED 日光燈的 LED 光源燈條電源驅(qū)動方案有很多種，目前非隔離方案因其效率高、體積小、成本低而占主流，而用 PWM LED 驅(qū)動控制器來做 LED 日光燈驅(qū)動電源的又占絕大多數(shù)。事實上傳統(tǒng)的熒光日光燈都是非隔離方案。

以 AC176V—264V 全電壓輸入為例，采用 BP2808 為主芯片來設(shè)計負載為小功率多顆 LED 光源多串、多并的 LED 日光燈時，整個系統(tǒng)方案的設(shè)計方框圖思考如下：圖 2 18W LED 日光燈系統(tǒng)方案設(shè)計方框圖

全電路由抗浪涌/雷擊保護、EMI 濾波、全橋整流、無源功率因素校正（PPFC）、啟動電壓（包括前饋補償、開機后的饋流供電、驅(qū)動變軟）、恒流補償、PWM 控制、源極驅(qū)動、LED 光源陣列，以及采樣電阻、Toff 時間設(shè)定、儲能電感、續(xù)流二極管等各部分組成。LED 光源陣列設(shè)計為 0.06W 白光 LED(SMT 或草帽燈) 24 個串聯(lián)、12 串并聯(lián)的方案，驅(qū)動 288 個小功率 WLED，總功率 18W。

18W LED 日光燈系統(tǒng)主要參數(shù)設(shè)定如下：

電源主要參數(shù)：

輸入電壓：Vin=176V-264V

工作頻率： Fin=50Hz

單個LED電壓： Vled=3.2V

單個LED電流： Iled=20mA（實際應(yīng)用一般選擇16~19mA）

系統(tǒng)效率： η=90%

功率因數(shù)： PFC=0.9

電感電流紋波系數(shù)： ΔIL= 65%

相關(guān)參數(shù)計算及設(shè)定：

輸出電壓： Vout=24s×3.2V=76.8V

輸出電流： Iout=12p×20mA=240mA

輸出功率： Pout=76.8×240=18.4W

電感峰值電流： ILpk=240+(240×65%)=396mA

電感紋波電流： ILrp=2×(396-240)=312mA

關(guān)斷時間： Toff=10.8uS

按此數(shù)據(jù)思考，全電壓 18W LED 日光燈開關(guān)恒流源的設(shè)計電路如圖 3 所示，其各部分的功能如紅字所標(biāo)注。圖中抗雷擊和 EMI 濾波組成 EMC 電路，饋流供電是利用已經(jīng)做在芯片內(nèi)部的整流二極管來實現(xiàn)的。

圖 3 18W LED 日光燈的實用電路圖

從 AC220V 看進去，交流市電入口接有 1A 保險絲 F1 和抗浪涌/雷擊的壓敏電阻 Vz1；之后是 EMI 濾波器，由 Ld1、Lc1 和 Cx1、Cx2 組成；DB1 是全橋整流器，內(nèi)部是 4 個高壓硅二極管；CE1、CE2、R10、D2～D4 組成無源功率因數(shù)校正電路。

BP2808 芯片由 R15、R16 啟動電阻降壓經(jīng) R17、C3 前饋補償，并由 Dz1、C2、R18與 BP2808 內(nèi)部電路組成專利的恒流補償電路穩(wěn)壓后給 BP2808 控制電路供電，系統(tǒng)啟動后由于控制電路本身靜態(tài)電流小，以及芯片內(nèi)部存在從 OUT 到 VCC 的饋流二極管可向 BP2808 提供工作電源，此時電阻 R15-17 上通過的電流將大大降低，因而總的系統(tǒng)功耗也大大降低，系統(tǒng)效率得到明顯提高。專利的源極驅(qū)動電路由MOS 管 Q1、D6、Rg、Rt 、Rcs 與 BP2808 內(nèi)部電路組成其顯著特點是有效降低功耗、提高恒流精度。源極驅(qū)動方式的驅(qū)動電路使系統(tǒng)消耗電流減少，尤其是減少了傳統(tǒng)的高壓差供電通路中類似 R15-17 上的電流，從而降低了功耗，提高了效率。D6、Rg 可使開關(guān)開通驅(qū)動變軟，關(guān)斷驅(qū)動保持較強，既改善 EMI，又盡量不犧牲效率。與 LED 光源并聯(lián)的輸出濾波電容 C0 用以減少 LED 光源上的電流紋波。

BP2808的CS端采集電流采樣電阻Rs1～Rs2上的峰值電流，由內(nèi)部邏輯在單周期內(nèi)控制OUT腳信號的脈沖占空比進行恒流控制，輸出恒流與D5、LM1的續(xù)流電路合并向LED光源恒流供電。LED光源陣列組合改變時，電阻Rs1～Rs2的阻值也要隨之改變，使整個電路的輸出電流滿足LED光源陣列組合的要求。

PCB板的排列是做好產(chǎn)品的關(guān)鍵，因此PCB板的走線要按電力電子安全規(guī)范要求來設(shè)計。本電路可通用于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，要降低所有零件的高度，以便放入T10、T8燈管。圖4是T10恒流源板的實物照片，30個元件安裝0.8 毫米厚的環(huán)氧單面印制板上。

圖 4 18W LED 日光燈開關(guān)恒流源的實物照片

如是設(shè)計 AC85V--264V 全電壓輸入，又要考慮 PFC，可將 LED 光源陣列設(shè)計成 0.06W 白光 LED 12 個串聯(lián)、24 串并聯(lián)方案。目前可使用的 LED 日光燈驅(qū)動 IC 有好幾種，其性能參數(shù)都有差異，現(xiàn)列表2 供設(shè)計選型參考。從中可見 BP2808 的固定 Toff 工作模式、100%占空比、芯片工作電流僅 0.2mA、效率達 92%、恒流補償和使用獨特的源極驅(qū)動模式等特性，使其具有適用于 LED 照明燈具的明顯優(yōu)勢。（電源網(wǎng)原創(chuàng)轉(zhuǎn)載請注明出處）