LED線性驅動日光燈設計

劉 煉，張倫瑛

(重慶四聯光電科技有限公司)

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LED線性驅動日光燈設計

劉 煉，張倫瑛

(重慶四聯光電科技有限公司)

解決LED日光燈成本高、工藝復雜等缺陷，設計了一款LED線性驅動日光燈，無電解電容，燈珠與驅動電子元件都采用SMD工藝，貼在鋁基板上，電子元件數量為11個。采用光源光電色綜合測試系統 SL-300、智能變頻電源 AN9700H-1kvA、智能電量測量儀PF9810、高低溫濕熱試驗箱EBS-SDJ605F、雷擊浪涌發生器EMS61000-5A等設備進行測試。燈具能夠正常工作，光電色參數非常優良。因此，LED線性驅動日光燈有著巨大的優勢，能有力推動LED產業的快速發展。

線性；無電解電容；LED；驅動

0 引 言

隨著LED 大規模進入商業和家庭照明，客戶對產品的性能、價格、可靠性提出了更為嚴格的要求。一方面要求LED 的發光效率不斷提高、價格不斷降低。據相關調研顯示，2015年中國區域，相當于40 W白熾燈的LED燈泡價格由4.9美元降到4美元，降幅16.67%，相當于60 W白熾燈的LED燈泡價格從13.9美元跌到9.4美元，下降32.37%。與之對比的全球范圍內，相當于40 W白熾燈的LED燈泡價格從12.1美元下降到10.6美元，降幅為12.4%，相當于60 W白熾燈的LED燈泡價格由16.1美元下降為14.5美元，下降9.94%。另一方面對于LED 燈具壽命也提出了更多要求。一般人認為LED壽命高，但是實際壽命卻非常低，往往是由于電源壽命低而引起,目前大部分燈具解決方案都是光源+電源+外殼方式，而且電源都類同傳統開關電源原理，電路復雜，電子元件較多，生產工藝復雜，生產成本較高，故障機率較高。因此線性驅動方案無需高頻變壓器，無需電解電容，簡化了燈具的工藝流程，也達到了直接用市電驅動LED 的目的，成本大幅的降低，對LED照明發展起到推動作用。

1 方 法

1.1 線性驅動IC工作原理

見圖1，該方案主要是靠一顆低壓的帶PWM調節的恒流晶體管，通過外掛MOS來承受高壓多串后線路中產生的壓差，當市電電壓過高時候，MOS管就會發熱。故會有一個熱保護功能對MOS管進行保護，一旦MOS管超過了120度就會進入打嗝模式，從而降低MOS的溫度。為了較快保護MOS管，反饋回路越短越好，最好的方案就是MOS管內置于芯片；如果外置MOS管，溫度反饋回路長，MOS管失去了保護，導致燒壞MOS管。當市電電壓穩定在220 V，MOS管的溫度直接與驅動電流相關，驅動電流越大，MOS管就會越熱，故線性驅動內置MOS管的功率不能太大。

圖1 線性驅動方案示意圖

圖2 線性驅動電路示意圖

圖3 電流和電壓波形變化

1.2 線性驅動電路設計

(1)保險絲設計。由于線性驅動方案沒有電解電容、CBB電容等其他容性元件，故在有雷擊浪涌時保險絲容易誤燒斷，為此我們要選擇熔化熱能值較大的保險絲，理論上該值越大越好，出于實際應用建議18 W以內應大于0.62。

(2)壓敏電阻設計。壓敏電阻承受的交流電壓值大于交流輸入電壓的值。對雷擊浪涌能量的吸收能力決定了壓敏電阻的直徑大小，吸收能力越強，直徑就越大。

(3)芯片設計。由于壓敏電阻會產生殘壓，則會對芯片和燈珠串聯形成的回路進行沖擊。芯片的耐壓主要由MOS管來承擔，也就是MOS管加燈珠串聯電壓大于壓敏電阻產生的殘壓值。壓敏電阻對雷擊浪涌吸收能力越強，則殘壓會越大，則對芯片MOS耐壓管要求就越高，如果雷擊浪涌吸收能力差，壓敏電阻會被突波電壓損壞，同時無法對芯片和燈珠進行保護。故雷擊浪涌的能量大小對壓敏電阻的設計和芯片設計至關重要(圖2)。

(4)燈珠設計。該方案中沒有容性元件，故電流波形隨電壓波形變化，如圖3。燈珠最大承載電流大于電路中最大的峰值電流，否則容易導致光衰加劇，色溫飄逸嚴重。另外燈珠串聯后形成的電壓大概為260 V，具體電壓根據輸入電壓調整率進行微調。燈珠串聯電壓越低， MOS管壓差加大，發熱增加，提前過溫保護；其電壓越高，MOS管壓差降低，發熱降低，發熱量降低，耐高溫環境越好，但額定電壓下電流飄逸嚴重，通過燈珠的電流越小，燈珠利用率越低。

(5)D3二極管設計。其反向電壓值大于全串燈珠電壓1/2的值。其正向通過的電流值大于通過燈珠的電流值。

2 實驗結果

根據該方案我們制作出0.6 m日光燈產品，見圖4。

圖4 日光燈外形圖

2.1 光電色測試數據

表1 光電色測試結果

2.2 可靠性測試

(1)使用雷擊浪涌發生器EMS61000-5A通過了500 V雷擊浪涌測試。

(2)使用高低溫濕熱試驗箱EBS-SDJ605F通過了-20℃至+55℃高低溫測試。

通過測試后點亮,見圖5。

圖5 日光燈工作圖

2.3 批量用于客戶

實驗通過后進行批量生產,并用于某大型企業,見圖6、圖7。

圖6 日光燈照明情況(一)

圖7 日光燈照明情況(二)

3 小 結

當前，我國正處在產業結構調整和升級、經濟增長方式轉變的重要歷史時期，依靠技術創新來推動戰略性新興產業的發展，已成為政府與產業界的共識。作為戰略新興產業之一的LED產業，近年來成為國內最“熱”的產業之一，在政策、技術和市場的共同推動下，近年LED產業實現了高速增長，呈現出產業規模日益壯大，產業集群優勢明顯，推廣應用成效顯著等特點。

在利潤不如從前優厚的背景下，降低LED生產成本，提高生產效率就顯得尤為重要。該方案不僅驅動和燈珠全部采用SMD工藝，同時也降低了生產電源時的工人數量、材料成本、運輸成本、工藝成本、機器成本和管理成本,為國內LED產業的發展起到了推動的作用。

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[3] 葉文峰.LED照明分段線性恒流驅動電源設計[J].中國照明電器，2015(2)

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[5] 王福虎.線性恒流型高亮度LED驅動芯片的研究與設計[J].艦船防化，2008(6)

[6] 董鑄祥.3通道LED恒流驅動控制芯片的設計[D].電子科技大學，2013

[7] 黃斌.高線性度LED恒流IC設計[D].電子科技大學，2013

Design of LED Linear Driving Fluorescent Lamp

LIU Lian, ZHANG Lunying

(ChongqingSilianOptoelectronicTechnologyCo.,LTD.)

To solve the LED fluorescent lamp defects such as high cost and complicated process. Designed a linear driving LED fluorescent lamp, non-electrolytic capacitor, for which electronics (11 pcs) and lamp beads both of SMD technology are welded on the aluminium substrate together, and used testing equipments including light source photoelectric color integrated test system SL-300、intelligent frequency power AN9700H-1KvA、intelligent electric charge instrumentation PF9810、high-low temperature-humidity test chambers EBS-SDJ605F and lightning surge generator EMS61000-5A. LED linear driving fluorescent lamp has a huge advantage, which can vigorously promote the rapid development of LED industry.

linear; non-electrolytic capacitor; LED; drive

2016-05-25 作者簡介:劉煉(1986—)，男，本科，照明LED系統工程師。