全電壓 20W 日光燈開關恒流源
基本特性
z 交流非隔離式高頻開關降壓恒流模式
z 交流85～245V，50～60Hz工作范圍
z 串聯充電、并聯放電無源功率因數校正
z 可內置于28毫米燈管里安裝
z 工作環境溫度0～75 oC
z 滿足IEC61000-3-2：2001要求
電原理圖和實物照片
電路見圖 1，交流市電入口接有1A保險絲FS1和浪涌負溫度系數熱敏電阻NTC。
之后是 EMI濾波器，由L1、L2和CX1組成。BD1是整流全橋，內部是4個高壓硅二管。
C1、C2、R1、D1～D3組成無源功率因數校正，工作原理見本公司《用 PT4107 設計 LED 日
光燈的優化方法》一文。PWM控制芯片U1和功率MOS管Q1、鎮流電感L3、續流二管D5
組成 Buck降壓變換，U1采集傳感電阻R6～R9上的峰值電流，由內部邏輯控制GATE腳
信號的脈沖占空比進行恒流控制。芯片由 T1、D4、、R2～R4組成的電子濾波器降壓
后供電，這個濾波器內阻很高，輸出阻很小，能提供約16V穩定電壓，芯片在全
電壓范圍里穩定工作。R5是芯片振蕩電路的一部分，改變它會調節振蕩頻率。電位器
RT 在本電路中不是用來調光，而是用來微調恒流源的電流，使電路設計功率。
本電路的參數是為22個LED串聯，15串并聯，驅動330個60毫瓦的白光LED設計的，
每串的電流是17.8毫安。
圖1：20W LED日光燈恒流源電原理圖
圖2是恒流源的實際照片，33個元件安裝在235×25×0.8 毫米的環氧單面印制板
上，PCB走線是按電力電子規范要求設計的，可以直接安裝在28毫米的燈管之中。
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圖2：20W LED日光燈恒流源實物照片
電氣參數和 BOM
這個恒流源的主要電氣參數如表1，表中的參數是在CCM模式下測試得到的。它是針
對85～245V交流電源設計的，實際上能在更寬的電壓范圍里工作，如60～270V，但輸出
電流會發生變化。驅動不同廠商的LED輸出電壓會略有變化，這是LED的正向壓降不同而
造成的，不會影響恒流。改變振蕩頻率和元件參數會使電路改變工作狀態，例如降
低頻率或減小L3的電感量會使電路進入DCM模式，這時電路的電氣參數就會改變。電路
的元器件在成本和性方面作了折中，元器件的數目已減到程度。表2是詳細的
材料表，為了質量，盡量選用推薦產商的元器件。
表 1：電氣參數表
輸入電壓（V） 85～245
電源頻率（Hz） 50～60
輸出電壓（V） 36～100
輸出電流（mA） 200～256
開關頻率（KHz） 50
恒流源效率（%） 90
功率因數 0.9
3 次諧波失真（%） 17
5 次諧波失真（%） 15
表 2：20W LED日光燈恒流源BOM
序號 元件號 名 稱 型 號 廠 商
1 NTC 熱敏電阻 50D-9 GE Infrastructure
2 FS1 保險絲 250V/1A Cooper
3 L1、L2 功率電感 2.2mH/300mA Coilcraft
4 CX1 X 電容 0.1u/275V EPCOS Inc
5 BD1 整流橋 6S Diodes Inc
6 C1、C2 鋁電解電容 22u/250V Nichion
7 C7 鋁電解電容 10u/400V Nichion
8 D5 二管 BYV26B Vishay
9 L3 功率電感 3.9mH/500mA Coilcraft
10 R1 金屬膜電阻 10/1W Yageo
11 R2、R3 D電阻 270K(1206) Yageo
12 R4 D電阻 1K(1206) Yageo
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13 D4 齊納二管 MM1SZ5248 ON Semiconductor 14 鋁電解電容 100u/25V Nichion 15 C5 陶瓷電容器 100nF/25V KYOCERA MITA
16 T1 晶體管 MJE13003 MOSPEC Semicon 17 C3 金屬聚丙烯酯電容 0.1uF/450V EPCOS Inc
18 鋁電解電容 10uF/25V Nichion
19 D1～D3 硅二管 1N4007 Fairchild
20 RT 精密電位器 5K(3296) Bochen
21 R8 電阻 1.5K(0805) Yageo
22 Q1 功率MOS管 H5N5001FM Renesas
23 R6～R9 D電阻 3.9K(1206) Yageo
24 R5 D電阻 470K(0805) Yageo
25 U1 集成電路 PT4107 PowTech
測試波形
圖 3是電子濾波器T1發射的波形，輸出電壓是直流16V，輸入電壓在在70V～245V
范圍里，這個電壓是穩定不變的。
圖 3：基電壓
圖 4是MOS管柵的波形，這是典型的門驅動脈沖波形，頻率基本是固定的，脈沖
的占空比隨著負載電流和輸入電壓變化。當負載固定時，輸入電壓降低占空比，
低工作電壓下的占空比是 0.48。脈沖幅度是固定14.8V,不應該隨輸入電壓升高而增加。
測量中可看到脈沖在水平方向抖動，這并不是故障，而是為了降低EMI在芯片里增加了
擴頻功能。
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圖 4：柵信號波形
圖 5是MOS管的的漏電壓波形，波形頻率與柵相同，但性相反。當恒流源空
載時，漏電壓是交流輸入電壓的 1.4倍，有載時是交流輸入電壓的1.2～1.3倍。由
于采用速恢復二管續流，電感產生的反向電動勢被阻尼，因而波形很干凈。
注意，用示波器測試漏電壓要用專門的高壓探頭，否則會損壞示波器。
圖 5：漏信號波形
圖 6是MOS管源電壓，這個電壓是MOS管的工作電流在傳感電阻上的壓降，它的
幅度與 MOS管的工作電流成正比。這個電壓在單周期里送到芯片中作為控制信號，控制
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MOS 管柵脈沖的占空比，使流過LED的電流恒定。
源電壓與柵電壓的不同是脈沖前后沿有，是由輸出鎮流電感和
MOS 管的寄生電感產生的，這些是產生開關損耗的。
波形的頂部的斜坡是由導通損耗產生的。導通損耗和開關損耗是MOS管發熱的主要
原因。
圖 6：源采樣信號波形
圖7 左上部兩個波形分別是LED＋ 和LED－ 端的電壓波形（帶240歐姆負載），左下是
（LED+）－（LED－）的波形，即輸出電壓。右圖是用電應環測量的輸出電流紋波。
由于電流環的高頻響應很好，顯示出了幾十毫伏的電流，它們是回路的寄生電感產
生的反向電動勢引起的，濾波電容對它是無可奈何的。
注意，用示波器測量電流要用專門的電流探頭或電應環。
圖 7：輸出電流波形
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圖8是在27 OC 室溫環境里,不同輸入電壓對應的輸出電流，即輸入電壓調整率特性。 圖 8：輸入電壓調整率
圖 9是環境溫度變化對輸出電流的影響，這個曲線是用測試數據在Origin軟件上擬
合的。測試數據來自 10個圖2所示的電路板在老化箱中，帶載工作在-15 OC～＋75 OC，
步長 5 OC測試的。
圖 9：溫度-輸出電流特性
用說明
本恒流源是非隔離式結構，電路板和 LED 引腳上均帶電，要嚴格遵守帶電

使
注意：
操作規則，避免發生人體觸電事故！
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先檢查LED板上發光管的串并結構， 每串LED須在12～28個范圍內，10～15串
并聯
線。允許市電有&plun;15%的波動，
接好
上直接
或向
意事項
壓器
路名叫倍容式紋波濾波器，是的電源凈化器，它具有電容式低通濾波
器和
，總電流控制在260mA以內，總功率不要過20W。
恒流源板用2線電源線接220V 市電，L接火線，N接地
LED 后再接通電源。不建議先上電再接LED，這樣會損傷LED縮短使用壽命。當LED
點亮后，如果電流偏離設計值，在輸出回路串聯一個量程大于2A的電流表，調節電路板
上的電位器，可以微調輸出電流。電流調好后在電位器螺桿上滴上硅膠固定，振動
對電位器的影響。如果調電位器仍不能得到需要的電流值，也可以改變電阻R6～R9。由
于散熱設置是按輸出功率20W設計的，因而不要隨意輸出功率。
該電路板可以直接用于生產，PCB板的 Gerber 文件可在 PowThch 網站
應用系統部索取，省去設計的時間和費用。
注
z 電子穩
給 U1 供電的電
串聯穩壓調整器雙重作用，也叫 ACR (Amplificatory Capacitance Regulator)電路。在射輸出器
的基到地接一個電容 ，由于基電流只有射電流的 1/(1＋β）, 相當于在發射接了一個(1＋
β） 的大電容，這就是電容式濾波器的原理。如果在基到地再連接一個齊納二管，就是
一個簡單的串聯穩壓器，因此，該電路具有穩壓和濾波雙重作用，能地消除高頻開關紋波。注
意選擇雙型晶體管的 Vbceo>500V, Ic=100mA。穩壓二管 D4 用 16～18V，1/4W 任何型號的小功
率穩壓管。
圖10：倍容式紋波
功率因數校正電路
平滑濾波的AC-DC電路，輸入電壓是正弦波，由于電容充電快放電慢，
電流
z
普通的橋式整流后直接
是不連續的脈沖波，諧波失真大，功率因數低。本電路用的是一種的無源功率因數補償
電路，如圖11所示。這個電路叫平衡半橋補償電路，C1和D1組成半橋的一臂，C2和D3組成半橋的
另一臂，D2和R1組成充電連接通路，利用填谷原理進行補償。濾波電容C1和C2相串聯，電容上的電
壓充到輸入電壓的一半(VAC/2)，一旦線電壓降到VAC/2以下，二管D1和D3就會被正向偏置，這
樣使C1和C2開始并聯放電。采用這個電路后，系統的功率因數從0.6到0.88～0.9，但很難過0.92，
因為輸入電壓和電流之間還存在大約60度的區。
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圖 11：平衡半橋 PFC 電路
z 采樣電阻
電阻R6、R7、R8、R9 并聯作為采用電阻，可以減小電阻和溫度對輸出電流的影
響，并且可以方便地改變其中一個或幾個的阻值，修改電流的目的。建議選用千分
之一，溫度系數為 50ppm 的D電阻。如果對電流和溫度變化有更高的要求，
建議使用康銅或錳銅四端電流采樣電阻。
z 電解電容器
因為鋁電解電容的壽命與溫度有很大關系，溫度升高電解質的損耗加快，溫度每升
高6 OC，電容器壽命就會減少一半。雖然LED的壽命長達5萬小時，但電解電容的壽命只
有4000小時，燈管內溫度比較高時，電解電容器的壽命更低，因而，這個驅動電路的壽
命取決于電解電容器。
z 功率電感
功率電感L3是比MOS管更關鍵的元件，要求Q值高、飽和電流大、電阻小。標稱3.9
毫亨的電感，在40KHz～100KHz頻率范圍里Q應大于90,飽和電流大于工作電流的2倍，這
里選500毫安，繞線電阻要小于2 歐姆，居里溫度大于400 oC的優質功率電感。使用劣值
電感的后果是災難性的，一旦電感發生飽和，MOS管、LED、控制芯片就會燒毀。建
議使用微晶材料的功率電感，它可以恒流源長期地工作。
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