LED―025照明灯的研制

摘 要 本文主要介绍了LED-025日光照明灯的研制过程。重点阐述LED-025日光照明灯的构成、研制过程中的技术攻关和问题解决。

关键词 LED 照明 研制

中图分类号：TP273 文献标识码：A

1产品技术指标

1.1产品介绍

由于LED灯具有诸多优点，如：（1）光效率高：光谱几乎全部集中于可见光频率，效率可以达到80%-90%。而光效差不多的白炽灯可见光效率仅为10%-20%。（2）光线质量高：由于光谱中没有紫外线和红外线，故没有热量，没有辐射，属于典型的绿色照明光源。（3）能耗小：单体功率一般在0.05-1w，通过集群方式可以量体裁衣地满足不同的需要，浪费很少。以其作为光源，在同样亮度下耗电量仅为普通白炽灯的1/8-1/10。（4）寿命长：光通量衰减到70%的标准寿命是10万小时。一个半导体LED灯正常情况下可以使用50年。（5）可靠耐用：没有钨丝、玻壳等容易损坏的部件，非正常报废率很小，维护费用极为低廉。（6）应用灵活：体积小，可以平面封装，易开发成轻薄短小的产品，做成点、线、面各种形式的具体应用产品。（7）安全：单位工作电压大致在1.5-5V之间，工作电流在20-70mA之间。（8）绿色环保：废弃物可回收，没有污染，不像荧光灯一样含有汞成分。（9）响应时间短：适应频繁开关以及高频运作的场合。

LED-025日光灯正是基于LED灯的各种特性研制开发，成为新型办公、厂房照明灯具。该产品具有安全性好、亮度高、功耗小、工作温度低、使用电压范围宽等众多优点，是办公照明的一个发展趋势，彻底解决了老式日光灯工作温度高、频繁更换灯管、功耗较大、启动电压高、环境污染严重等问题。该产品采用专用电源控制电路，实现了发光器件与电源模块一体化的设计。

1.2产品技术指标

额定输入电压：AC 220V 50Hz （AC170～220V均可正常使用）

额定功率：15W/11W/8W

LED光源灯电流：240mA

工作环境温度：-20℃～+60℃

发光角度：120。0

光通量：1440lm（透光）/860lm（磨砂）。

2设计方案及确定

2.1设计思路

由于LED灯管，无需起辉器，启动快，功率小，无频闪，不容易视觉疲劳。它不但超强节能且更为环保，是国家绿色节能照明工程重点开发的产品之一，是目前取代传统日光灯最理想的产品。

LED使用的是直流电压，并且电流有一定要求，为了提供恒定的电流，所以需要将AC 220V电压转换为DC电压并且恒流才能实现LED的正常点亮。

为了保持与传统灯管的兼容性，该LED-025产品需要实现在日光灯灯管上的直接安装，同时达到相同的照明效果，针对这两个方面，在设计时产品外形选择了T8日光灯外罩尺寸，同时，灯脚选取与T8灯脚兼容的尺寸，使该产品与实际的日光灯外形完全相似，通用性更好。在长短尺寸方面，严格按照标准执行，适用于各种日光灯架。

LED-025日光灯安装比较简单，它分电源内置和外置两种，该产品为电源内置的LED日光灯。安装时，将原有的日光灯取下换上LED日光灯，并将起辉器去掉，让220V交流市电直接加到LED日光灯管两端即可。因此该产品适用于传统的T8日光灯架（长度分别为1.2m/0.9m/0.6m）。

2.2设计方案

该产品是采用LED发光器件为光源的照明灯具。主要由铝型材灯体、电源板、多个大功率LED发光管、PC灯罩等组成。当接通电源后，电源板会按照设定的工作电压以恒流方式直接驱动LED发光。

该产品电路工作原理是将AC220V交流输入电压经输入滤波、桥式整流，经变压器进行降压，达到LED的工作电压，同时经电流采样，反馈采样信号，经UC2843控制芯片控制TOP227工作关与断，从而控制变压器的工作模式，达到恒流的效果。

为了实现此性能，该产品采用具有多种保护功能的节能PWM控制器来实现，同时在电压输出方面采用非隔离设计，能最大限度的给负载提供工作电压。为了使产品的通用性更好，在光源板的设计上采用拼接方式，通过光源板的不同拼接方式，满足了日光灯不同尺寸的需求。

2.3关键元器件选用

开关电源的性能主要取决于变压器的设计是否合理。因此确定变压器的参数是该产品设计的关键所在，同时选用控制芯片也是决定该产品主要性能的关键，在PWM控制芯片的驱动方面，对驱动电流有一定的要求，需要在限流电阻方面注意。

关键器件特性如下：

UC2843/UC3843控制芯片都是专门设计用于离线或直流――直流变换器应用的高性能、固定频率、电流模式控制器，为设计者提供使用最少元件的高性能价格比的解决方案。这些集成电路有可微调的振荡器，能进行更精确的占空比计算、温度补偿的参考、高增益误差放大器。电流取样比较器和大电流图腾柱式输出，是驱动MOSFET的理想器件。是专为低压应用设计的，低压锁定门限为8.5V（通）（下转第149页）（上接第141页）和7.6V（断）。UC2843控制芯片特性如下：微调的振荡器放电电流，可精确控制占空比；电流工作模式到500千赫；自动前馈补偿；锁存脉宽调制，可逐周限流；大电流图腾柱式输出；欠压锁定，带滞后；低启动和工作电流。而UC2843和UC3843控制芯片又有不同之处，参考两种元件之间的差异，结合该产品的工作环境和特点，最终选择UC2843作为该产品的电流模块控制器。

TOP227开关电源芯片是新型高频开关电源芯片，它内部集成有PWM控制器、功率开关MOSFET以及多种保护电路，所以，采用该芯片设计出的开关电源具有体积小、重量轻、成本低、电路简单、效率及可靠性高等特点，它又包括：控制电压源；带隙基准电压源；振荡器；并联调整器/误差放大器；脉宽调制器；门驱动级和输出级；过电流保护电路；过热保护及上电复位电路；关断/自动重启电路；高压电源等特性。因此将它作为开关电源芯片的首选。

在变压器设计方面，本产品主要考虑效率与小型化的设计思路，通过对不同型号的变压器参数对比，经过大量的试验，最终选择了EPC13铁氧体磁芯变压器，该变压器在满足产品工作效率的同时，可以尽可能的做到表贴工艺，使整个产品达到体积的小型化。

3研制过程

3.1电路及设计

LED-025照明灯的工作原理是主要通过桥堆将220V交流电整流成直流电，通过变压器将直流电降压至所需工作电压，而UC2843控制芯片和光耦通过输出电压的变化控制TOP227的工作状态，最终控制变压器的通断，达到稳压的作用。

输出的反馈电压加在光耦发光二极管的正极上，电阻R15组成基准电压源，为光耦提供基准电压，这样光耦中的二极管的发光强度是由输出电压控制的，经光耦耦合到UC2843的控制端，从而控制TOP227的控制端，实现脉宽的可控，达到稳压的目的。

3.2结构设计

为了提高产品的散热效率，该产品在设计中采用铝材料进行散热处理，使产品的热量尽可能地通过铝材释放，使产品的可靠性得到提高。该产品采用铝外壳和PC罩组合成型，装配方式简单易行，适合批量生产。

3.3技术攻关及问题解决

在样件试制时，根据事先确定的变压器参数进行试样，发现该产品的技术参数无法满足预先设计的技术要求，经过对不同尺寸磁芯的试验。发现变压器的磁芯尺寸影响产品参数，最后通过计算和不断调整磁芯尺寸和线圈匝数，并进行了大量的试验确定了变压器的磁芯尺寸和线圈匝数，该问题得到解决，产品技术参数满足了设计和使用要求。

4总结

该产品的研制顺应了社会发展的需求，产品性能满足了各项技术要求，工艺稳定，可靠性高，充分体现了节能化、健康化、艺术化和人性化的照明发展趋势，已通过客户鉴定。