T8 LED照明灯管电路设计

2013-08-23 03:55王善忠张毅仁康积涛

灯与照明 2013年1期

曲勇，王善忠，张毅仁，康积涛

(1．西南交通大学电气工程学院，成都610031;2．淡马锡理工学院工程学院，新加坡529757)

0 引言

在新加坡市场上销售的80 W白炽灯，20 W荧光灯和10 W LED灯的单价比约为1∶10∶35，理论寿命比约为1 000∶10 000∶100 000，电功率转化成可见光的转换效率分别为:7%，28%，32%。此3种灯的照明效果大体相当的情况下，按照新加坡市场0．28新币1度电来计算，则成本效益比较如图1所示。

图1 三种照明灯的成本比较图

由图1可知，LED灯与白炽灯、荧光灯相比，回收期分别为5 200小时和1 200小时。相当于1年中，每天分别使用14．2小时和3．3小时。

1 市电白光LED照明驱动电源设计策略

白光LED照明驱动电路大致可以分为两大类:非电气隔离式电路和电气隔离式电路。其中非隔离式驱动电源较为典型的是电感和MOSFET组成的升降压斩波电路，如图2所示。该电路结构简单，器件少，适合低成本LED照明灯商品化批量生产。而隔离式驱动电源，主要由隔离变压器和MOSFET组成，如图3所示。该电路结构复杂，成本高，但是输出安全，控制灵敏度好，适合高质量要求的LED照明设计。

图2 升降压斩波电路

图3 三绕组反激式隔离驱动电路

连续导通模式(CCM)(见图4)下输出电压

断续导通模式(DCM)大多出现在电感较小，负载较重，或者开关频率较低的情况下，此种模式不适合为LED提供电源。

图4 连续导通模式和断续导通模式

商品化的LED照明灯的驱动电源电路主要通过光耦或者反激式变压器的偏置绕组这两种方式，将输出信号比例化反馈给PWM控制器，进而导致功率MOSFET高频斩波占空比的相应改变，即对输出进行灵敏调节控制。

针对隔离式LED驱动电路，通常双绕组反激变换器通过光耦器件进行信号反馈，电路结构简单，缺点是由于光耦器件的相对脆弱性，极大地限制了LED灯的整体寿命。而三绕组及以上绕组的反激变换器通过偏置绕组直接进行输出信号反馈，省去了光耦，不但延长了LED灯的整体寿命，而且提高了驱动电路效率，降低了成本，因此广受青睐。

2 负载LED排布设计

在照明灯中，由于单颗LED功率太小，需要将多颗LED负载以串、并或者混联阵列方式进行连接。对于工频白光 LED照明灯负载，主要采用混联阵列结构。

图5所示先并后串“蜘蛛网”结构，优点是如有一个LED开路或者短路，其他LED还能继续工作，影响范围小;缺点是有雪崩效应，即一个LED不工作了，断路，其上的电流会分摊到同排LED上，导致同排LED光衰比其他LED负载严重得多，极大地降低灯的寿命。并且不同LED的伏安特性曲线不同，导致不同LED的亮度稍有区别。