詳解LED 照明燈具設計方案

LED 光源作為第四代新型節能光源自誕生之時(shí)即被用來(lái)做各類(lèi)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 照明以其高節能、長(cháng)壽命、利環(huán)保的特點(diǎn)成為大家廣為關(guān)注的焦點(diǎn)。這幾年高亮度的 LED 光源因其制造技術(shù)突飛猛進(jìn)，而其生產(chǎn)成本又節節下降，如今使用 LED 光源作為高亮度、高效率而又省電、無(wú)碳排放的能照明光源已成為全球的海量需求，一個(gè)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。

BP2808 基本工作原理

BP2808 是專(zhuān)門(mén)驅動(dòng) LED 光源的恒流控制芯片。BP2808 工作在連續電流模式的降壓系統中，芯片通過(guò)控制 LED 光源的峰值電流和紋波電流，從而實(shí)現 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(shí)現了恒流控制、模擬調光和 PWM 調光等功能。系統應用電壓范圍從 12VDC 到 600VDC，占空比最大可達 100%；適用于交流 85V-265V 寬電壓輸入，主要應用于非隔離的 LED 燈具電源驅動(dòng)系統。BP2808 采用專(zhuān)利技術(shù)的源極驅動(dòng)和恒流補償技術(shù)，使得驅動(dòng) LED 光源的電流恒定，從交流 85V-265V 范圍內變化小于±3％。結合 BP2808 專(zhuān)利技術(shù)的驅動(dòng)系統應用電路，使得 18W 的 LED 日光燈實(shí)用方案，在交流 85V-265V 范圍內系統效率高于 90％。在交流 85V-265V 輸入范圍內，BP2808 可以驅動(dòng)從 3W 到36W 的 LED 光源陣列，因此廣泛應用于 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(kāi)路保護、LED 短路保護、過(guò)溫保護。一旦系統故障出現的時(shí)候，電源系統自動(dòng)進(jìn)入保護狀態(tài)，直到故障解除，系統再自動(dòng)重新進(jìn)入正常工作模式。復用DIM 引腳可進(jìn)行LED 模擬調光、PWM 調光和燈具系統動(dòng)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：

LED 日光燈應用典型方案設計

LED 日光燈的 LED 光源燈條電源驅動(dòng)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 驅動(dòng)控制器來(lái)做 LED 日光燈驅動(dòng)電源的又占絕大多數。事實(shí)上傳統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(lái)設計負載為小功率多顆 LED 光源多串、多并的 LED 日光燈時(shí)，整個(gè)系統方案的設計方框圖思考如下：圖 2 18W LED 日光燈系統方案設計方框圖

全電路由抗浪涌/雷擊保護、EMI 濾波、全橋整流、無(wú)源功率因素校正（PPFC）、啟動(dòng)電壓（包括前饋補償、開(kāi)機后的饋流供電、驅動(dòng)變軟）、恒流補償、PWM 控制、源極驅動(dòng)、LED 光源陣列，以及采樣電阻、Toff 時(shí)間設定、儲能電感、續流二極管等各部分組成。LED 光源陣列設計為 0.06W 白光 LED(SMT 或草帽燈) 24 個(gè)串聯(lián)、12 串并聯(lián)的方案，驅動(dòng) 288 個(gè)小功率 WLED，總功率 18W。

18W LED 日光燈系統主要參數設定如下：

電源主要參數：

輸入電壓：Vin=176V-264V

工作頻率： Fin=50Hz

單個(gè)LED電壓： Vled=3.2V

單個(gè)LED電流： Iled=20mA（實(shí)際應用一般選擇16~19mA）

系統效率： η=90%

功率因數： PFC=0.9

電感電流紋波系數： ΔIL= 65%

相關(guān)參數計算及設定：

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(shí)間： Toff=10.8uS

按此數據思考，全電壓 18W LED 日光燈開(kāi)關(guān)恒流源的設計電路如圖 3 所示，其各部分的功能如紅字所標注。圖中抗雷擊和 EMI 濾波組成 EMC 電路，饋流供電是利用已經(jīng)做在芯片內部的整流二極管來(lái)實(shí)現的。

圖 3 18W LED 日光燈的實(shí)用電路圖

從 AC220V 看進(jìn)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，內部是 4 個(gè)高壓硅二極管；CE1、CE2、R10、D2～D4 組成無(wú)源功率因數校正電路。

BP2808 芯片由 R15、R16 啟動(dòng)電阻降壓經(jīng) R17、C3 前饋補償，并由 Dz1、C2、R18與 BP2808 內部電路組成專(zhuān)利的恒流補償電路穩壓后給 BP2808 控制電路供電，系統啟動(dòng)后由于控制電路本身靜態(tài)電流小，以及芯片內部存在從 OUT 到 VCC 的饋流二極管可向 BP2808 提供工作電源，此時(shí)電阻 R15-17 上通過(guò)的電流將大大降低，因而總的系統功耗也大大降低，系統效率得到明顯提高。專(zhuān)利的源極驅動(dòng)電路由MOS 管 Q1、D6、Rg、Rt 、Rcs 與 BP2808 內部電路組成其顯著(zhù)特點(diǎn)是有效降低功耗、提高恒流精度。源極驅動(dòng)方式的驅動(dòng)電路使系統消耗電流減少，尤其是減少了傳統的高壓差供電通路中類(lèi)似 R15-17 上的電流，從而降低了功耗，提高了效率。D6、Rg 可使開(kāi)關(guān)開(kāi)通驅動(dòng)變軟，關(guān)斷驅動(dòng)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，由內部邏輯在單周期內控制OUT腳信號的脈沖占空比進(jìn)行恒流控制，輸出恒流與D5、LM1的續流電路合并向LED光源恒流供電。LED光源陣列組合改變時(shí)，電阻Rs1～Rs2的阻值也要隨之改變，使整個(gè)電路的輸出電流滿(mǎn)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(xiàn)要按電力電子安全規范要求來(lái)設計。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(shí)物照片，30個(gè)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(kāi)關(guān)恒流源的實(shí)物照片

如是設計 AC85V--264V 全電壓輸入，又要考慮 PFC，可將 LED 光源陣列設計成 0.06W 白光 LED 12 個(gè)串聯(lián)、24 串并聯(lián)方案。目前可使用的 LED 日光燈驅動(dòng) IC 有好幾種，其性能參數都有差異，現列表2 供設計選型參考。從中可見(jiàn) 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動(dòng)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 )轉載請注明出處）