20W LED日光灯驱动电路分析

最近几年来，LED 日光灯的国内外市场需求不断增长，用PWM 控制器来设计LED 日光灯恒流驱动电路的方案被广泛应用，其中基于PT4107 的方案倍受欢迎。剖析基于PT4107 的日光灯方案，可以举一反三、触类旁通的更深入地了解类似PT4107 的PWM 控制器，以便设计更新、更好的LED 灯具驱动电路。
PT4107 用于18-20W 的LED 日光灯方案如图1 所示

图1 全电压20W 日光灯开关恒流源电原理图(
此全电压20W 日光灯开关恒流源可输入AC85V—245V 全电压，整个电路方案如图2，全电路由抗浪涌保护、EMC 滤波、全桥整流、无源功率因素校正（PFC）、降压稳压器、PWM LED 驱动控制器、扩流恒流电路组成。




图2 全电压20W 日光灯开关恒流源方案图
剖析全电压20W日光灯开关恒流源电原理图（图1）。从AC220V看进去，交流市电入口接有1A保险丝FS1和抗浪涌负温度系数热敏电阻NTC；之后是EMI滤波器，由L1、L2和CX1组成；BD1是整流全桥，内部是4个高压硅二极管；C1、C2、R1、D1～D3组成无源功率因数校正电路；PT4107芯片由T1、D4、C4、R2～R4组成的电子滤波器降压稳压后供电，这个滤波器输入阻抗很高，输出阻抗很小，整流后近300V直流高压经此三极管降压向PT4107Vin提供约18-20V稳定电压，确保芯片在全电压范围里稳定工作，而且这个电路不像先前方案的电阻降压电路耗能而且发烫； PWM控制芯片U1（PT4107）和功率MOS管Q1、镇流功率电感L3、续流二极管D5组成降压稳压电路，U1采集电流采样电阻R6～R9上的峰值电流，由内部逻辑在单周期内控制GATE脚信号的脉冲占空比进行恒流控制，输出恒流与D5、L3的续流电路合并向LED光源恒流供电，改变电阻R6～R9的阻值可改变整个电路的输出电流，但D5、L3也要随之改动。R5是芯片振荡电路的一部分，改变它可调节振荡频率；电位器RT在本电路中不是用来调光，而是用来微调恒流源的电流，使电路达到设计功率。由于器件的分散性，批量生产时每一块电源板的输出电流会略有不同，在生产线上可用此电位器来调整每块电源板的输出电流，为了保证已调好电源板的稳定性，一定要选用涡轮涡杆微调电位器，并在调好后滴胶固封。
该电路的参数是按22个0.06W LED串联，15串并联，驱动330个60毫瓦的白光LED负载设计的，每串的电流是17.8毫安，设计输出36-80V/25OmA。改变LED数量需要修正R6～R9的参数。
PCB板的排列是做好产品的关键，因此PCB板的走线要按电力电子规范要求来设计。该电路可同时用于T10、T8日光灯管，因两种灯管的空间大小不同，二块PCB板的宽度将不同，要降低所有零件的高度，以便放入T10、T8灯管。图3是T10恒流源板的实物照片，33个元件安装在235×25×0.8 毫米的环氧单面印制板上。所有器件的功能说明都已附上。




图3 T10 恒流源的实物照片
由于现在LED 日光灯大多数选用半铝半PV 塑料的灯管，以帮助LED 光源散热。该电路选用工字磁芯电感器其磁路是开放的，当使用工字磁芯电感器的电源驱动板进入半铝灯管时，由于金属铝能使其磁路发生变化，往往会使已调试好的电源驱动板输出电流变小。因此，建议L3 电感的磁芯选用磁路闭合和高度低一点的EPC13 磁芯（图4）。以克服电流变小毛病。

图4 EPC13磁芯
一旦L3 电感发生饱和，MOS 管、LED 光源、PWM 控制芯片就会瞬间烧毁。因此，对镇流功率电感L3 要求Q 值高、饱和电流大、电阻小。标称3.9mH 的电感，在40KHz～100KHz 频率范围里Q 值应大于90。选用饱和电流是正常工作电流2 倍的功率 oC 的优质功率电感。建议使用高导磁率微晶材料的功率电感，它可以确保恒流源长期安全可靠地工作。

电感。该电路设计输出电流250mA ，因此选500mA 。选用功率电感的绕线电阻要小于2 欧姆，居里温度大于400
该电路是非隔离方案，其优点是效率比较高，增加无源PFC 电路使功率因素有很大的改善。如按此电路生产产品要过MEI 的传导，还要将该电路输入端的EMC 电路中的二个电感改成正规的共轭电感器，增加Y 电容器；X 电容器和Y 电容器应标有安全认证标志和耐压AC275V 字样，其真正的直流耐压在2000V以上，外观多为橙色或蓝色。共轭电感是绕在同一个磁芯上的两个电感量相同的电感，主要用来抑制共模干扰，电感量在10～30mH 范围内选取。为了缩小体积和提高滤波效果，优先选用高导磁率微晶材料磁芯制作的产品，电感量应尽量选较大的值。如要过辐射，还要在半铝管的二端做好金属屏蔽。点击图片看原图)