LED线性驱动日光灯设计

刘 炼，张伦瑛

(重庆四联光电科技有限公司)



LED线性驱动日光灯设计

刘 炼，张伦瑛

(重庆四联光电科技有限公司)

解决LED日光灯成本高、工艺复杂等缺陷，设计了一款LED线性驱动日光灯，无电解电容，灯珠与驱动电子元件都采用SMD工艺，贴在铝基板上，电子元件数量为11个。采用光源光电色综合测试系统 SL-300、智能变频电源 AN9700H-1kvA、智能电量测量仪PF9810、高低温湿热试验箱EBS-SDJ605F、雷击浪涌发生器EMS61000-5A等设备进行测试。灯具能够正常工作，光电色参数非常优良。因此，LED线性驱动日光灯有着巨大的优势，能有力推动LED产业的快速发展。

线性；无电解电容；LED；驱动

0 引 言

随着LED 大规模进入商业和家庭照明，客户对产品的性能、价格、可靠性提出了更为严格的要求。一方面要求LED 的发光效率不断提高、价格不断降低。据相关调研显示，2015年中国区域，相当于40 W白炽灯的LED灯泡价格由4.9美元降到4美元，降幅16.67%，相当于60 W白炽灯的LED灯泡价格从13.9美元跌到9.4美元，下降32.37%。与之对比的全球范围内，相当于40 W白炽灯的LED灯泡价格从12.1美元下降到10.6美元，降幅为12.4%，相当于60 W白炽灯的LED灯泡价格由16.1美元下降为14.5美元，下降9.94%。另一方面对于LED 灯具寿命也提出了更多要求。一般人认为LED寿命高，但是实际寿命却非常低，往往是由于电源寿命低而引起,目前大部分灯具解决方案都是光源+电源+外壳方式，而且电源都类同传统开关电源原理，电路复杂，电子元件较多，生产工艺复杂，生产成本较高，故障机率较高。因此线性驱动方案无需高频变压器，无需电解电容，简化了灯具的工艺流程，也达到了直接用市电驱动LED 的目的，成本大幅的降低，对LED照明发展起到推动作用。

1 方 法

1.1 线性驱动IC工作原理

见图1，该方案主要是靠一颗低压的带PWM调节的恒流晶体管，通过外挂MOS来承受高压多串后线路中产生的压差，当市电电压过高时候，MOS管就会发热。故会有一个热保护功能对MOS管进行保护，一旦MOS管超过了120度就会进入打嗝模式，从而降低MOS的温度。为了较快保护MOS管，反馈回路越短越好，最好的方案就是MOS管内置于芯片；如果外置MOS管，温度反馈回路长，MOS管失去了保护，导致烧坏MOS管。当市电电压稳定在220 V，MOS管的温度直接与驱动电流相关，驱动电流越大，MOS管就会越热，故线性驱动内置MOS管的功率不能太大。

图1 线性驱动方案示意图

图2 线性驱动电路示意图

图3 电流和电压波形变化

1.2 线性驱动电路设计

(1)保险丝设计。由于线性驱动方案没有电解电容、CBB电容等其他容性元件，故在有雷击浪涌时保险丝容易误烧断，为此我们要选择熔化热能值较大的保险丝，理论上该值越大越好，出于实际应用建议18 W以内应大于0.62。

(2)压敏电阻设计。压敏电阻承受的交流电压值大于交流输入电压的值。对雷击浪涌能量的吸收能力决定了压敏电阻的直径大小，吸收能力越强，直径就越大。

(3)芯片设计。由于压敏电阻会产生残压，则会对芯片和灯珠串联形成的回路进行冲击。芯片的耐压主要由MOS管来承担，也就是MOS管加灯珠串联电压大于压敏电阻产生的残压值。压敏电阻对雷击浪涌吸收能力越强，则残压会越大，则对芯片MOS耐压管要求就越高，如果雷击浪涌吸收能力差，压敏电阻会被突波电压损坏，同时无法对芯片和灯珠进行保护。故雷击浪涌的能量大小对压敏电阻的设计和芯片设计至关重要(图2)。

(4)灯珠设计。该方案中没有容性元件，故电流波形随电压波形变化，如图3。灯珠最大承载电流大于电路中最大的峰值电流，否则容易导致光衰加剧，色温飘逸严重。另外灯珠串联后形成的电压大概为260 V，具体电压根据输入电压调整率进行微调。灯珠串联电压越低， MOS管压差加大，发热增加，提前过温保护；其电压越高，MOS管压差降低，发热降低，发热量降低，耐高温环境越好，但额定电压下电流飘逸严重，通过灯珠的电流越小，灯珠利用率越低。

(5)D3二极管设计。其反向电压值大于全串灯珠电压1/2的值。其正向通过的电流值大于通过灯珠的电流值。

2 实验结果

根据该方案我们制作出0.6 m日光灯产品，见图4。

图4 日光灯外形图

2.1 光电色测试数据

表1 光电色测试结果

2.2 可靠性测试

(1)使用雷击浪涌发生器EMS61000-5A通过了500 V雷击浪涌测试。

(2)使用高低温湿热试验箱EBS-SDJ605F通过了-20℃至+55℃高低温测试。

通过测试后点亮,见图5。

图5 日光灯工作图

2.3 批量用于客户

实验通过后进行批量生产,并用于某大型企业,见图6、图7。

图6 日光灯照明情况(一)

图7 日光灯照明情况(二)

3 小 结

当前，我国正处在产业结构调整和升级、经济增长方式转变的重要历史时期，依靠技术创新来推动战略性新兴产业的发展，已成为政府与产业界的共识。作为战略新兴产业之一的LED产业，近年来成为国内最“热”的产业之一，在政策、技术和市场的共同推动下，近年LED产业实现了高速增长，呈现出产业规模日益壮大，产业集群优势明显，推广应用成效显著等特点。

在利润不如从前优厚的背景下，降低LED生产成本，提高生产效率就显得尤为重要。该方案不仅驱动和灯珠全部采用SMD工艺，同时也降低了生产电源时的工人数量、材料成本、运输成本、工艺成本、机器成本和管理成本,为国内LED产业的发展起到了推动的作用。

[1] 钟龙平.一种线性恒流的LED驱动电路设计[J].电子设计工程，2011(2)

[2] 谢中顺.高阶分段线性可调光LED驱动芯片研究与设计[D].华南理工大学，2015

[3] 叶文峰.LED照明分段线性恒流驱动电源设计[J].中国照明电器，2015(2)

[4] 陈旺.线性恒流驱动芯片的设计与研究[D].华南理工大学，2015

[5] 王福虎.线性恒流型高亮度LED驱动芯片的研究与设计[J].舰船防化，2008(6)

[6] 董铸祥.3通道LED恒流驱动控制芯片的设计[D].电子科技大学，2013

[7] 黄斌.高线性度LED恒流IC设计[D].电子科技大学，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 作者简介:刘炼(1986—)，男，本科，照明LED系统工程师。