全電壓20W日光燈開關(guān)恒流源的特性及原理

基本特性

交流非隔離式高頻開關(guān)降壓恒流模式
交流85～245V，50～60Hz工作范圍
串聯(lián)充電、并聯(lián)放電無源功率因數(shù)校正
可內(nèi)置于28毫米燈管里安裝
工作環(huán)境溫度0～75oC
滿足IEC61000-3-2：2001要求

電路原理圖和實(shí)物照片

電路見圖 1，交流市電入口接有 1A 保險(xiǎn)絲 FS1 和抗浪涌負(fù)溫度系數(shù)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(nèi)部是 4 個(gè)高壓硅二極管。C1、C2、R1、D1～D3 組成無源功率因數(shù)校正，工作原理見本公司《用 PT4107 設(shè)計(jì) LED 日光燈的優(yōu)化方法》一文。PWM 控制芯片 U1 和功率 MOS 管 Q1、鎮(zhèn)流電感 L3、續(xù)流二極管 D5組成 Buck 降壓變換，U1 采集傳感電阻 R6～R9 上的峰值電流，由內(nèi)部邏輯控制 GATE 腳信號的脈沖占空比進(jìn)行恒流控制。芯片由 T1、D4、C4、R2～R4 組成的電子濾波器降壓后供電，這個(gè)濾波器內(nèi)阻很高，輸出阻抗很小，能提供約 16V 穩(wěn)定電壓，確保芯片在全電壓范圍里穩(wěn)定工作。R5 是芯片振蕩電路的一部分，改變它會調(diào)節(jié)振蕩頻率。電位器RT 在本電路中不是用來調(diào)光，而是用來微調(diào)恒流源的電流，使電路達(dá)到設(shè)計(jì)功率。本電路的參數(shù)是為22個(gè)LED串聯(lián)，15串并聯(lián)，驅(qū)動(dòng)330個(gè)60毫瓦的白光LED設(shè)計(jì)的，每串的電流是17.8毫安。

圖1：20W LED日光燈恒流源電原理圖

圖2是恒流源的實(shí)際照片，33個(gè)元件安裝在235×25×0.8 毫米的環(huán)氧單面印制板上，PCB走線是按電力電子規(guī)范要求設(shè)計(jì)的，可以直接安裝在28毫米的燈管之中。

圖2：20W LED日光燈恒流源實(shí)物照片

電氣參數(shù)和 BOM

這個(gè)恒流源的主要電氣參數(shù)如表1，表中的參數(shù)是在CCM模式下測試得到的。它是針對85～245V交流電源設(shè)計(jì)的，實(shí)際上能在更寬的電壓范圍里工作，如60～270V，但輸出電流會發(fā)生變化。驅(qū)動(dòng)不同廠商的LED輸出電壓會略有變化，這是LED的正向壓降不同而造成的，不會影響恒流精度。改變振蕩頻率和元件參數(shù)會使電路改變工作狀態(tài)，例如降低頻率或減小L3的電感量會使電路進(jìn)入DCM模式，這時(shí)電路的電氣參數(shù)就會改變。電路的元器件在成本和可靠性方面作了折中，元器件的數(shù)目已減到最低程度。表2是詳細(xì)的材料表，為了保證質(zhì)量，盡量選用推薦產(chǎn)商的元器件。

測試波形

圖 3 是電子濾波器 T1 發(fā)射極的波形，輸出電壓是直流 16V，輸入電壓在在 70V～245V范圍里，這個(gè)電壓是穩(wěn)定不變的。

圖 3：基極電壓

圖 4 是 MOS 管柵極的波形，這是典型的門驅(qū)動(dòng)脈沖波形，頻率基本是固定的，脈沖的占空比隨著負(fù)載電流和輸入電壓變化。當(dāng)負(fù)載固定時(shí)，輸入電壓降低占空比增大，最低工作電壓下的占空比是 0.48。脈沖幅度是固定 14.8V,不應(yīng)該隨輸入電壓升高而增加。測量中可看到脈沖在水平方向抖動(dòng)，這并不是故障，而是為了降低 EMI 在芯片里增加了擴(kuò)頻功能。