LED日光灯驱动电路设计_图文

1、智能小区低压电器(20092现代建筑电气篇 肖永军(1982,男,助教,硕士,主要从事开关电源、照明产品的研发。L E D 日光灯驱动电路设计肖永军1,2,周传璘1,曾庆栋1(1.湖北孝感学院物理与电子信息工程学院,湖北孝感432000;2.湖北威美光电有限公司,湖北孝感432000摘要:介绍了LE D 日光灯驱动的特点,设计了实用的电容降压式LE D 日光灯驱动电路,着重分析了关键元件参数的选择原则。采用PSp ice 仿真软件对设计的电路进行了可行性验证,并在此基础上制作了实物电路,用作12W T8标准LE D 日光灯电源。经实验验证,该电路稳定可靠,成本低,适用于多种小功率LE D 驱动

2、。关键词:L E D 日光灯;电容降压式;驱动电路;照明控制中图分类号:T M923.321T M923.02文献标识码:B 文章编号:100125531(2009022*D esi gn of D r i v i n g C i rcu it for L ED Fluorescen t Lam pX I AO Yongjun1,2,ZHOU Chuan lin 1,Z EN G Q ingdong1(1.School of Physics and Electr onic I nf or mati on Engineering,Xiaogan University,Xiaogan 432000

3、,China;2.HubeiW ei m ei Op tics Co .,L td .,Xiaogan 432000,China Abstract:The characteristics of LE D driving circuit were described at first,then the driving circuit with volt 2age reduced capacitance for LE D fluorescent la mp was designed,and the selecti on p rinci p le for key components was ana

4、lyzed .Feasibility validati on of the designed circuit was verified thr ough PS p ice si m ulati on s oft w are,and experi 2ment p r oducts were made t o be used as the power supp ly for 12W T8standard LE D fluorescent la mp.The experi 2ment p r oved that this circuit was l ow cost,steady and reliab

5、le,and it was suitable f or vari ous s mall power LE D p r oducts .Key words:L E D fluorescen t l am p;volt age reduced capac it ance;dr i v i n g c i rcu it ;illu m i n ance con trol周传璘(1965,男,副教授,主要从事信号处理、开关电源的研究。曾庆栋(1982,男,实验师,硕士,从事开关电源的研究。0引言自19世纪60年代末,在砷化镓基体上使用磷化物发明第一个可见红光LED 以来,随着半导体及LED 封装等技术

6、的突破,单晶片红、绿、蓝、白光LED 的功率等级和亮度不断得到提高。目前,大功率白光LED 已经达到70l m /W 。随着LED 光效、寿命及光色上的明显提高,其在显示、背光、装饰和照明等领域有着巨大的市场潜力。虽然LE D 应用层面不断扩大,寿命及光效高于传统照明,但成本相对较高,LE D 光源成本比重在总成本中高达50%90%,在照明光源技术上还有待改进,且大功率LE D 散热和光效问题凸显,这限制了LE D 在照明领域中的进一步应用。目前小功率LE D 在使用时会对LED 进行并联、串联1,而使用过程中只要有一个LE D 短路或开路,都将导致小片或整条LE D 熄灭,影响照明效果,因此

7、研究简单、廉价的驱动电路具有重要的意义。根据目前LE D 日光灯应用现状,设计了简单、可靠的12W 标准T8LE D 日光灯驱动电路。1日光灯电路设计1.1L E D 日光灯驱动目前小功率照明产品中,广泛使用两种驱动电路形式:恒流驱动和稳压驱动。前者电路输出的电流是恒定的,输出电压随负载的变化而变化,53低压电器(20092现代建筑电气篇智能小区且恒流驱动通常使用恒流I C,使用时对I C承受的最大电压值要求较高,限制了LE D使用的数量。后者输出电压是固定的,输出电流随负载(LE D数量的增减而变化。实验证实,由于LED 封装中其正向压降离散值较大,且LE D亮度输出与其电流成正比1,LE

8、D亮度一致性较差,但通过串加合适电阻可以使每串LED亮度平均,较适于低端照明市场。1.2L E D日光灯电路设计LED日光灯驱动电路原理图如图1所示 。图1LE D日光灯驱动电路该电路共驱动140只白光LE D(小功率,采用35串4并的模式,采用电容降压式驱动方式。其中,C1、C4为并联的两个相同的电容,起降压及限流作用;4个1N4007组成的整流桥对输入交流电压进行整流;滤波电容C3用于滤除整流输出电压中的交流成分,使电压更为平滑;L1、C2用于滤除输出电压中的高频成分;电阻R4为C3提供放电回路;采用单向晶闸管SCR729210对电路进行保护,R3为限流电阻。因为通过降压电容C向负载提供的

9、电流IO实际上就是流过C的充放电电流IC。当负载电流IO小于C的充放电电流IC时,多余的电流就会流过滤波电容C2。I C=U i1/2fC式中Ui输入交流电压有效值f交流信号频率因此,对于负载所消耗的64mA电流IO,至少需要降压电容值Cm in=0.928F。另外,为保证C可靠工作,其耐压选择应大于2倍的电源电压,因此,选择两个684MF/630V电容并联工作。根据文献2,整流桥上单个二极管所承受的电压最大值URM=2U i(U i为输入电压的有效值=318.4V,因此,选用常用的整流二极管1N4007(U RM=1000V,I F=1A。为使输出端得到平滑的负载电压,一般取R L C(35

10、T/2,其中R L为负载阻抗,T为输入信号周期(0.02s,可得C24.38F。原则上电容值取的越大,输出电压越平滑,其纹波值越小。但是,随着电容容量的增大,其体积也随着增大,考虑到电路要安装在普通T8灯管中,实取33F/160V的电解电容;同时为得到更平滑的输出电压,选取L1为100H线绕电感,C1为0.01F瓷片电容。LED中使用的电流不能超过其规格稳定值,长期超过负荷不仅不会增大亮度(白光LE D在大电流下会出现饱和现象,发光效率大幅度降低,而且还会缩短LED寿命,影响LED照明电路的可靠性。由于LE D正向导通后,其正向电压的细小变动将会引起LED电流的大幅度变化,因此,需要在输出端设

11、置输出保护电路。该电路由VT1、R2、R3组成,VT1采用Mot or o2la公司的MCR729210(U DRM=800V,控制极触发电压UGT=0.8V,触发电流I GT=10mA。R2为单向晶闸管提供触发偏置电压,其阻值的选择至关重要,如果值太大,则电路中某些不稳定因素导致LE D中的电流瞬间变大,会导致晶闸管频繁触发,保护电路频繁起作用,造成电路工作不正常;如果阻值选的过小,LED可能在超出其规格稳定值下工作,保护电路不灵敏,会造成LED寿命缩短。因要求LE D支路电流为16mA,则63 智能小区低压电器(20092现代建筑电气篇R2U GTI支路×4=12.5为留有一定的

12、裕量,选取R2=10。2仿真及实验分析2.1日光灯电路的PSp i ce仿真为理论上验证设计的可行性,采用PSp ice软件对电路进行了仿真分析。结果如图2所示。电路在210m s时进入稳定状态,稳定后其输出电压为97±2.2V,输出电流为14.7±0.3mA,基本验证了电路设计的可行性。LE D日光灯电路输出特性如图2所示 。(a 输出电压(b单路输出电流图2LE D日光灯电路输出特性为验证输出保护电路的功能,对电阻R2进行参数扫描分析,之后进行性能分析。结果如图3所示。可以看出,当R2从1增大到13.889时,输出电流开始下降,表明此时单向晶闸管处于临界导通状态;然后随

13、着R2的继续增大,输出电流急剧下降,直至R2为15.119时,输出电流稳定在5.2mA左右,表明单向晶闸管已经完全导通,保护电路已经起作用 。图3输出电流与R2阻值关系曲线2.2试验数据从PSp ice仿真的结果来看,电路设计具有可行性,因此依据此电路制作了12W日光灯。标准灯管为1190mm×30mm,采用两条相同的PCB电路板(尺寸593mm×25mm对接而成,并采用湖州升谱SP L2000电光源光色电综合分析系统对电路的相关参数进行了测试。实测输入电压VAC为220V时,该电路总电流127mA,相当于每支路为15.85mA,电路功率因数为0.465,电路实耗功率为11.4W。在不损坏LE D的条件下进行了测试,降压电容C1的电容值与输出电流的关系如图4所示(因为两个电容是相同的,图4中只表示出单一电容值。可见,随着电容值的增加,输出电流几乎呈线性上升,待增加到一定值时(约20mA,保护电路起作用,迫使经过LE D支路的电流下降 。图4实测输出电流与降压电容的关系3结语采用电容降压式驱动电路设计了12W标准T8LED日光灯电路