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[導(dǎo)讀]LED照明以其高節(jié)能、長壽命、利環(huán)保的特點(diǎn)成為大家廣為關(guān)注的焦點(diǎn)。LED光源作為第四代新型節(jié)能光源,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九十。臺燈是家家戶戶都在使用的普通

LED照明以其高節(jié)能、長壽命、利環(huán)保的特點(diǎn)成為大家廣為關(guān)注的焦點(diǎn)。LED光源作為第四代新型節(jié)能光源,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九十。臺燈是家家戶戶都在使用的普通燈具,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(jié)節(jié)下降,如今臺燈得以使用LED光源作為高亮度、高效率而又省電、無碳排放的照明光源。

LED臺燈工作原理

遵循安全第一的民用電器的設(shè)計(jì)理念,LED光源是一種低電壓直流恒流源的發(fā)光器件,不能用100~220V的交流高壓電直接點(diǎn)亮,因此,LED臺燈方案的設(shè)計(jì)思路是,首先要將高壓的交流電變換成低壓的直流恒流源,才能點(diǎn)亮LED光源。使用最經(jīng)濟(jì)有效的方法降壓和進(jìn)行交直流變換是設(shè)計(jì)的首要考慮,當(dāng)今便攜式電子產(chǎn)品使用交流電源的交直流降壓變換器——適配器(Adapter)就成了既經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、又現(xiàn)成、又好用的首選。適配器的輸出電壓要求穩(wěn)定在DC12V,輸出電流要根據(jù)LED的光源的功率來選擇,一般要給予30%的余量,以3×1W的白光LED光源為例,1W的白光LED的標(biāo)準(zhǔn)工作電流應(yīng)為350mA,因而3個(gè)LED光源串聯(lián)其電路需要的電流也是350mA,考慮到延長LED壽命和降低光衰,可以設(shè)計(jì)為300mA~330mA,不會明顯的影響LED發(fā)光的亮度,所以適配器的輸出電流應(yīng)選750mA~1A的。

一種簡潔實(shí)用的LED臺燈方案如圖1所示。AC220V經(jīng)由適配器在燈具外的安全降壓變換,向LED臺燈提供穩(wěn)定的12V直流電源,在臺燈底座殼內(nèi)安置恒流源電源板,將直流電壓變換成穩(wěn)定的直流恒流源,以滿足LED光源發(fā)光的技術(shù)要求。在直流恒流源前可加一電源開關(guān),以便在臺燈不用時(shí)可關(guān)斷直流電源,但不能關(guān)斷220V交流電源,因此不用時(shí)應(yīng)從墻上取下適配器的電源插頭,這也是這個(gè)實(shí)用方案的唯一“缺點(diǎn)”。如不想采用機(jī)械開關(guān),并想要一個(gè)更有創(chuàng)意的賣點(diǎn),可選用電子觸摸開關(guān),如手指輕點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)臺燈的開->全亮、半暗、關(guān);由于電子技術(shù)的快速進(jìn)步,電子觸摸開關(guān)如今已是一個(gè)低成本的器件。

LED光源工作原理

LED光源工作的主要參數(shù)是VF、IF,其它相關(guān)的是顏色/色溫/波長/亮度/發(fā)光角度/效率/功耗等。LED是一個(gè)PN結(jié)二極管,只有施加足夠的正向電壓才能傳導(dǎo)電流,VF正向電壓是為LED發(fā)光建立一個(gè)正常的工作狀態(tài),IF正向電流是促使LED發(fā)光,發(fā)光亮度與流過的電流成正比例。白光LED VF標(biāo)稱電壓:3.4V±0.2V。LED光源在大批量生產(chǎn)時(shí),每一批LED的VF具有一定的離散性,為了客戶使用時(shí)需要的一致性,LED出廠時(shí)必需按不同的VF分檔出售;客戶訂購時(shí)同一批燈具需用的LED光源必需選用同一檔次VF的或相鄰檔次的,否則會導(dǎo)致同一批生產(chǎn)的LED燈具亮度有差異;LED IF工作電流按應(yīng)用需要選用,不同的電流檔次不能混用。

LED光源驅(qū)動電路

LED光源的驅(qū)動電路就是把12V直流電壓變換成穩(wěn)定的恒流源,電路的設(shè)計(jì)本著刪繁就簡、節(jié)省成本的原則,應(yīng)該從能完成這個(gè)電路設(shè)計(jì)要求的眾多LED驅(qū)動芯片中選擇集成度高、性能較好、應(yīng)用電路簡單、價(jià)格較平的性價(jià)比有優(yōu)勢的芯片。因此選擇驅(qū)動電路外圍器件少的驅(qū)動芯片是生產(chǎn)成本的首要考量。

PT4115用于1~6W的白光LED光源驅(qū)動方案時(shí)只需四個(gè)零件(圖2),Cin是輸入濾波電容,Rs設(shè)定流過LED的電流IF,Rs=0.1/ILED;L是續(xù)流電感,D5是續(xù)流二極管。因適配器已提供12V的直流電壓,原圖為交流電壓輸入整流用的橋式整流器D1~D4可省略。雖然零件少了,但對零件的要求更高,設(shè)計(jì)時(shí)需按表1提示的要求選用,才能使電路進(jìn)入良好的工作狀態(tài)。PT4115的開關(guān)頻率采用抖頻技術(shù)有效降低EMI,省略了抗EMI電路。

LED光源驅(qū)動芯片的恒流精度對于LED燈具生產(chǎn)廠家而言是至關(guān)重要的,目前LED光源驅(qū)動IC的恒流精度批量生產(chǎn)時(shí)都會有一定的離散性,LED燈具生產(chǎn)廠家在批量生產(chǎn)調(diào)試時(shí),同樣的電源、同樣的LED光源負(fù)載、同樣的恒流源電源板,因同一型號的不同驅(qū)動IC其恒流精度的個(gè)性差異會導(dǎo)致恒流源電源板輸出電流產(chǎn)生一定的公差,使同一LED光源負(fù)載的發(fā)光亮度有所不同,這就會增加恒流源電源板大批量生產(chǎn)時(shí)在線調(diào)試的時(shí)間,影響生產(chǎn)力。因此,恒流源電源板生產(chǎn)廠家應(yīng)選用恒流精度高的驅(qū)動IC,恒流精度至少要小于±3%,如是±1%更理想,但其價(jià)格會高于±3%的產(chǎn)品。

電感的選擇

以3×1W的高亮度白光LED光源的設(shè)計(jì)案例而言,三個(gè)1W的LED光源串聯(lián),其工作電流可設(shè)計(jì)為300~350mA,L的電感量應(yīng)選用68uH~100uH,Q值大于50,飽和電流大于800mA的磁路閉合電感器。

PT4115的設(shè)計(jì)最佳工作頻率在1MHz以下,電感量大了小會影響其工作頻率,本方案的電感設(shè)計(jì)在68uH以上,這樣系統(tǒng)工作頻率可以控制到1MHz以下。電感量小了,工作頻率趨高,由于PT4115內(nèi)部電流檢測電路響應(yīng)速度限制,對內(nèi)部電流正常檢測出現(xiàn)影響,不能更好地實(shí)現(xiàn)對內(nèi)部開關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷控制。另外由于高頻率會帶來較大的開關(guān)損耗,使芯片運(yùn)行在較高的結(jié)溫下,電應(yīng)力加大,不利于穩(wěn)定工作。電感量太小還會導(dǎo)致PT4115的SW端燒壞,而無輸出。

電感的DCR越小,效率越高。建議選用EPC13錳鋅4000磁芯。

電感器的飽和電流選小了,D5肖特基二極管的電流選小了,將會導(dǎo)致整個(gè)電路的續(xù)流不足,LED光源會產(chǎn)生人眼可見的閃光。將電感器的飽和電流和肖特基二極管的電流適當(dāng)增大即可增大整個(gè)電路的續(xù)流電流,消除因此產(chǎn)生的閃光。

適配器的選擇

適配器為本方案LED臺燈提供穩(wěn)定的交流電源->交直流降壓變換,它的實(shí)時(shí)帶載輸出能力將影響本方案LED臺燈的性能,用于本方案3X1W白光LED臺燈的適配器,它在帶載時(shí)輸出電流應(yīng)大于1A,電壓應(yīng)穩(wěn)定在DC12V。有些帶載能力差的適配器,連接上本方案LED光源負(fù)載時(shí),其實(shí)時(shí)輸出電壓會跌落到7V,甚至6.5V,對于工作電壓從8V開始的LED驅(qū)動IC,屆時(shí)會進(jìn)入欠壓保護(hù)狀態(tài)而停止工作,一旦驅(qū)動IC停止工作,電壓又回升至12V,LED驅(qū)動IC再次進(jìn)入工作狀態(tài),如此周而復(fù)始,使LED臺燈出現(xiàn)人眼可見的閃光。此時(shí),只有更換帶載能力好的適配器才能使LED臺燈正常工作。同時(shí)應(yīng)選用工作電壓范圍自6V初始的LED驅(qū)動IC,也可降低對適配器的選擇要求,以降低生產(chǎn)配套成本。

EMI的傳導(dǎo)與輻射

本LED臺燈方案總體設(shè)計(jì)時(shí)要考慮能過EMI的傳導(dǎo)與輻射,過EMI的傳導(dǎo)與輻射的關(guān)鍵是電源變換器,因此要選用能過EMI,甚至能過CE、UL的適配器來配套,以便生產(chǎn)的LED臺燈能出口歐美日市場。恒流源電源板因使用的驅(qū)動IC是DC/DC開關(guān)器件,工作時(shí)開關(guān)頻率會產(chǎn)生輻射,因此內(nèi)置在臺燈底座金屬殼內(nèi)可有效降低輻射,機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮金屬底座內(nèi)的磁路屏蔽。

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