一种基于CGC控制技术的新型LED日光灯研制

商丘工学院　徐忠根　蒋　琳　王洽锋

一种基于CGC控制技术的新型LED日光灯研制

商丘工学院徐忠根蒋琳王洽锋

新光源在低碳经济中正扮演着一个重要角色，LED在照明应用中，因其具有节能、寿命长、环保等诸多优点，作为一种新型照明光源被广泛应用，已成为国家实施节能减排、绿色环保和低碳照明的最具发展前景的高新技术之一。本文围绕高亮LED日光灯在家庭照明应用这一领域，针对传统日光灯存在的缺陷，提出了一种基于CGC控制技术的新型LED日光灯研制方法，对LED日光灯的驱动电路、二次配光和散热结构三个方面进行了研究和设计。

新光源；LED照明；CGC；二次配光

引言

在21世纪的今天，新光源在低碳经济中正扮演着一个重要角色，半导体发光二极管LED照明被认为是最具发展前景的高新技术之一，已成为国家实施节能减排、绿色环保和低碳照明的关键性领域。国内外一些专业从事照明器具研制的大公司投入巨资，对高亮LED进行研究和开发，这将给新光源及绿色照明制造业带来巨大机遇与挑战。河南省地处中原经济区中心，是国家实施西部大开发的前沿阵地，是承接东西产业专业的结合部，必将是未来工业崛起的中心区域，而低碳照明又是未来城市照明发展的方向。因此，对于高亮LED节能灯的研制，既符合我省“十二五”发展规划，又能使我省的新型城镇化、公共照明基础设施建设和明应用这一领域，对LED日光灯的驱动电路、二次配光和散热结构三个方面进行了研究和设计。

1.LED照明存在的关键问题分析

目前，高亮LED日光灯还存在一些急需解决的关键技术问题。主要有以下几个方面。

（1）驱动电源的恒流驱动问题。因为LED灯芯之间电流的差值不同，使用不当就容易造成光衰，使寿命大大减短。所以电源是影响LED灯使用寿命非常主要的一个因素。使用劣质电源，将直接导致产品在短期内就出现各种各样不良问题产生。

（2）散热问题。对于LED照明来说，解决散热问题也是现在LED企业必须要面对的问题，好多公司在结构设计这块就因为很难城市发展跟上时代步伐。目前，LED照明技术在驱动电路、二次光学设计和散热处理方面还存在很大问题，为解决制约LED照明发展中存在的关键技术问题，本文围绕高亮LED日光灯在家庭照解决散热问题而出现研发瓶颈。

（3）光线柔和度问题。由于LED属于点光源，发射的为直射光，不能均匀分配，在直接使用时，易使人感觉刺眼，造成视觉疲劳。

图1　基于斩波控制的PWM脉冲驱动电路

2.研制思路及设计原理

基于对LED照明存在的缺陷问题分析，本文重点对制约LED日光灯推广与普及的散热、配光、电路驱动等关键技术进行攻关。提出一种采用翼状叠片式结构的散热设计、利用LED阵列及双层透镜进行二次光学设计、利用CGC技术控制PWM脉冲驱动电路的研制方法。

2.1驱动电源电路设计

本设计采用的是一个由CGC技术控制的PWM脉冲调节方式的电流型高效率降压恒流LED驱动器，可以高效地驱动单颗或多颗大功率LED灯串，总功率可以高达百十瓦以上。所谓斩波是指将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。该驱动器在输出电压4V-30V的电压范围内可以提供高达1.2A的恒定电流，仅需要通过设置外部的电阻器实现驱动电流的调节控制。该系统通过驱动外部功率MOSFET，提供了灵活的设计方案。该驱动可通过设置外部的电阻器来调整芯片的工作频率，其频率控制高达500KHZ。并通过DIM引脚可以简单地实现模拟和宽范围的PWM调光。其原理如图1所示。

具体工作过程如下：

220V交流电经全桥整流、电容滤波后变为300V左右的直流电，一方面供给后级作为主能量输出，另一面为IC801/402B提供工作电压。取样二极管D2、D3分别取交流正弦信号的两个半周，作为IC801/402B第5引脚的触发输入信号，从而控制内部斩波群振荡器产生标准正弦波信号，从IC801/402B内部经第4脚产生PWM信号，该信号用来调整Q1导通时间，Q1导通的时间越长，后级输出的电流越大，从而调节发光二极管的亮度。

当MOSFET Q1导通时，电流流过LED、电容C2和电感L1。当R1两端的压降达到ISENSE引脚的阈值电压时，Q1关断并保持一段固定时间，电感中的能量流过VD1和LED。经过这段固定时间后，Q1重新导通，如此反复循环。

2.2二次配光设计

为了保证光照效果，增强光线柔和性，提高发光效率，本项目采用二次光学设计。

在传统平面排列的LED配光方式的基础上进行改进，采用了新型的LED非对称自由曲面透镜（花生米透镜）和内壁带有颗粒的半圆灯罩。使用的LED光学设计的基本元件为一次配光后的大功率白光LED，按照非球面透镜的W型规则分布来控制光晕和光照范围，配合反光灯罩来控制整体光强。配光结构图如图2所示。

配光过程：采用把安装在单颗LED灯珠外面的花生米透镜按照W型排列，LED的直射光线通过花生米透镜，扩大光线的散射角，散射光经过多角度、多途径再投射到由许多烟雾式颗粒型透镜构成的半圆型灯罩内壁，通过漫发射向空间发送柔和的光线。

图2　二次配光和散热器结构图

2.3散热设计

LED日光灯的基板外壳设计成翼状叠片式，增大了散热面积和通风性，且材料选用铝合金，并配有导热硅脂，有良好的散热性能。这种散热技术应用于LED日光灯后，LED日光灯在室内外实际使用环境中的工作温度恒定在45℃以下，从而彻底解决了温度过高影响LED日光灯光衰和寿命的世界难题，使得无论多大功率的LED日光灯，均能保证其使用一万小时不出现光衰减。其结构如图2所示。

3.结束语

本文提出的散热、二次配光和电源驱动设计方法，在一定程度上解决了传统LED照明灯存在的缺陷问题。不仅在理论上得到了证明，而且利用这些关键技术开发、研制出了高亮度LED日光灯，在应用中得到了验证。LED散热难、光源利用率低、光线不柔和等难题得到了很大改善。当然，对于LED新光源照明还有许多问题有待解决，比如发光效率不高、价格贵等。相信，随着照明技术的不断发展，问题终会得到解决。

［1］马永红.LED日光灯驱动电源设计［J］.军民两用技术与产品，2015.7.

［2］周泉生.LED日光灯结构设计研讨［J］.中国照明电器，2012.8.

［3］高成.照明用大功率LED散热研究［J］.电子器件，2008.9.

［4］陈加琦.LED路灯的二次光学透镜设计［J］.大连工业大学学报，2012.10.

A Development of a New-type LED Fluorescent Lamp Based on CGC Control Technology

Xu Zhonggen Jiang Lin Wang Qiafeng
（Shangqiu Institute of Technology， Shangqiu， Henan 476000）

The new-type light source is playing an important role in the low-carbon economy. Because of energy-saving， durability， environmental protection and many other advantages， it has been widely used as a new-type light source，and has become the one of the most promising high technology to achieve the goals of energy conservation， emission reduction， environmental protection and low-carbon lighting. This paper focuses on the field of the bright LED fluorescent lamp in the home lighting applications， proposes a development method of controling technology on CGC on the basis of the defects existing in the traditional fluorescent lamp. Besides， it researches and designs three aspects of the LED fluorescent lamp drive circuit， secondary light distribution and heat dissipation structure.

New-type light source； LED lighting； CGC； Two light distribution

徐忠根（1981-），男，河南商丘人，高校讲师，二级技师，研究方向：单片机智能控制系统开发与设计。

基于CGC控制技术的新型LED日光灯研制，河南省高等学校重点科研项目计划，项目编号：14B480002；基于光伏发电的智能照明在绿色城市发展中的应用研究，2016河南省科技厅科技攻关项目，项目编号：62102210361。