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LED灯丝灯的电源设计技术

作者:admin  来源:www.hsansheng.com   更新时间:2017-06-07  阅读数:1016


工程师群体发挥聪明智慧,将LED灯丝设计成高压LED串(HVLEDs),26-30颗LED管芯绑定在粗1.2X0.5--1mm的透明基板条 上,采用高电压(DC50-280V)、小电流(10-40mA)来驱动点亮,LED灯丝灯因此可发出同功率的低电压(DC3.2V)、大电流 (200-700mA)LED球泡灯的亮度,而灯体仅微温,大约30-35摄氏度。

目前LED灯丝灯产品主要是1.8--2.4W的C35蜡烛泡,3.6--10W的A60球泡灯。LED灯丝灯由LED灯丝条、玻璃泡、驱动电源、隔离塑料衬圈和金属灯头组成。LED灯丝蜡烛灯的分解如图1所示。


检验LED灯丝灯是否做好,最低标准是用手机观察无频闪。要使LED灯无频闪,关键是做好电源!LED灯的频闪有害人类用眼健康,千万不能使用有频闪和闪烁的LED照明光源、灯具。

非隔离开关恒流电源


要使LED灯丝灯在点亮时无频闪、不闪烁,那就必须选用做得好的非隔离开关恒流电源。C35蜡烛灯和A60球泡灯可以用来安装电源的空间十分狭小,因此 要选用集成功能强大的驱动电源芯片来设计,隔离开关恒流电源的体积较大而且效率较低,因此,选用非隔离的开关恒流电源的方案成主流。


非隔离的开关恒流电源芯片很多,在此以BP2831A为例。BP2831A是一款高精度降压型LED恒流驱动芯片。芯片工作在电感电流临界连续模式,适用 于AC85V~265V全范围输入电压的非隔离降压型LED恒流电源。BP2831A芯片内部集成500V功率开关MOS,采用专利的驱动和电流检测方 式,芯片的工作电流极低,无需辅助绕组检测和外供电,采用先进省电的自供电技术,只需要很少的外围元件,即可实现优异的恒流特性,极大的节约了系统成本和 体积。


BP2831A芯片内带有高精度的电流采样电路,同时采用了专利的恒流控制技术,实现高精度的LED恒流输出和优异的线电压调 整率。芯片工作在电感电流临界模式,输出电流不随电感量和LED工作电压的变化而变化,从而实现优异的负载调整率。BP2831A具有多重保护功能,包括 LED开路、短路保护,CS电阻短路保护,欠压保护,芯片温度过热调节等。BP2831A采用SOP-8封装。

LED灯丝灯的电源设计


目前的LED灯丝蜡烛灯采用0.9W的LED灯丝条二根串联,因此串联后的VF电压在DC145-150V,设定工作电流为10mA;LED灯丝球泡灯 采用0.9W的LED灯丝条四根,二串二并,VF电压在DC145-150V,设定工作电流为20mA。采用BP2831A为主芯片设计的非隔离开关恒流 电源电路如图2所示,PCB板如图3所示,LED灯丝灯的无频闪非隔离开关恒流电源实物如图4,电源的正反两视图如图5所示。

LED 灯丝蜡烛灯和球泡灯,二种灯可共用一个电源方案,对LED灯生产厂商来说无疑是生产资源的节省,配置蜡烛灯或球泡灯时只要按预先的方案,改变CS采样电阻 和电感的参数即可调整输出电流。此方案采用降压型恒流驱动芯片,因此,该方案可以输出10--60mA电流,按需调节。由于该方案是输出150V较高电 压,10--20mA较小恒定电流,因而它的输入电压范围只能在AC176--265V,即AC220±20V。如要兼顾AC110V和AC220V二种 电网电压,就要用升降压的驱动电源芯片来设计,可能会增加成本和电源的体积。目前只能针对AC110V输入和AC220V输入分别做设计,以满足两种电网 电压的需要。
  
该方案的主要电气性能如表1所示,电源输入电压AC180—264V,输出电压DC150V,输出电流20mA(针对4根灯丝的球泡灯),效率91%。该方案的材料清单(BOM)如表2所示,总零件数仅13个,是一种非常经济的实用方案。



交直流电压安全隔离


目前的LED灯丝灯是将LED驱动电源、隔离塑料衬圈和金属灯头共置于一体的,因此,隔离塑料衬圈就起到交直流电压安全隔离的作用,也是整灯过EMI等 认证所必须的措施。设计开关恒流驱动电源的PCB板的直径为18mm,设计如此小的目的是为了能将电源整体能深埋在灯泡的灯头内,而灯泡灯头是全金属的。 众所周知,所有的灯泡灯头在工作时都是直接与电网的一端连接的,处于交流高电压场;而电源的PCB板同时具有AC交流高压点和直流高压点,因此需要将整个 驱动电源与灯头金属体有个安全的隔离。隔离塑料衬圈就是一个简单有效、低成本的解决方案。同时,由于电解电容器的高度,目前的整个电源还不能埋没在灯头的 高度内,需要通过隔离塑料衬圈来借空间埋没整个电源。当然,也可以设计一个加长的金属灯头,来掩盖电源,但是电源与灯头内壁的安全隔离还是需要的。LED 驱动电源、隔离塑料衬圈和金属灯头的安置如图所示。


EMI测试


LED灯出口欧洲市场需要做CE认证,出口北美市场需要做UL认证。这些认证的关键是LED驱动电源必须过EMI测试,并要留有一定的余量。因此,LED灯丝灯的电源也必须过EMI测试。

EMI (Electro Magnetic Interference)直译是电磁干扰。电磁干扰分为传导电磁干扰(Conducted EMI)和辐射电磁干扰(Radiated EMI)。其中,传导电磁干扰噪声在火线、中线与地线间传播,包括火线与地线、中线与地线间的共模噪声(Common-mode Noise),以及火线与中线间的差模噪声(Differential-mode Noise)。辐射电磁干扰噪声以辐射电磁场的形式在空间传播,包括由于非良好接地或接地反射电位不为零引起的共模噪声,以及由于没有很好控制的大信号环 路引起的差模噪声。


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