全電壓 20W 日光燈開關(guān)恒流源
基本特性
z 交流非隔離式高頻開關(guān)降壓恒流模式
z 交流85～245V，50～60Hz工作范圍
z 串聯(lián)充電、并聯(lián)放電無源功率因數(shù)校正
z 可內(nèi)置于28毫米燈管里安裝
z 工作環(huán)境溫度0～75 oC
z 滿足IEC61000-3-2：2001要求
電原理圖和實(shí)物照片
電路見圖 1，交流市電入口接有1A保險(xiǎn)絲FS1和浪涌負(fù)溫度系數(shù)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(nèi)部是4個(gè)高壓硅二管。
C1、C2、R1、D1～D3組成無源功率因數(shù)校正，工作原理見本公司《用 PT4107 設(shè)計(jì) LED 日
光燈的優(yōu)化方法》一文。PWM控制芯片U1和功率MOS管Q1、鎮(zhèn)流電感L3、續(xù)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(nèi)部邏輯控制GATE腳
信號(hào)的脈沖占空比進(jìn)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(gè)濾波器內(nèi)阻很高，輸出阻很小，能提供約16V穩(wěn)定電壓，芯片在全
電壓范圍里穩(wěn)定工作。R5是芯片振蕩電路的一部分，改變它會(huì)調(diào)節(jié)振蕩頻率。電位器
RT 在本電路中不是用來調(diào)光，而是用來微調(diào)恒流源的電流，使電路設(shè)計(jì)功率。
本電路的參數(shù)是為22個(gè)LED串聯(lián)，15串并聯(lián)，驅(qū)動(dòng)330個(gè)60毫瓦的白光LED設(shè)計(jì)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(shí)際照片，33個(gè)元件安裝在235×25×0.8 毫米的環(huán)氧單面印制板
上，PCB走線是按電力電子規(guī)范要求設(shè)計(jì)的，可以直接安裝在28毫米的燈管之中。
第 1頁
PT4107_DB03
圖2：20W LED日光燈恒流源實(shí)物照片
電氣參數(shù)和 BOM
這個(gè)恒流源的主要電氣參數(shù)如表1，表中的參數(shù)是在CCM模式下測(cè)試得到的。它是針
對(duì)85～245V交流電源設(shè)計(jì)的，實(shí)際上能在更寬的電壓范圍里工作，如60～270V，但輸出
電流會(huì)發(fā)生變化。驅(qū)動(dòng)不同廠商的LED輸出電壓會(huì)略有變化，這是LED的正向壓降不同而
造成的，不會(huì)影響恒流。改變振蕩頻率和元件參數(shù)會(huì)使電路改變工作狀態(tài)，例如降
低頻率或減小L3的電感量會(huì)使電路進(jìn)入DCM模式，這時(shí)電路的電氣參數(shù)就會(huì)改變。電路
的元器件在成本和性方面作了折中，元器件的數(shù)目已減到程度。表2是詳細(xì)的
材料表，為了質(zhì)量，盡量選用推薦產(chǎn)商的元器件。
表 1：電氣參數(shù)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(guān)頻率（KHz） 50
恒流源效率（%） 90
功率因數(shù) 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(hào) 元件號(hào) 名 稱 型 號(hào) 廠 商
1 NTC 熱敏電阻 50D-9 GE Infrastructure
2 FS1 保險(xiǎn)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
第 2頁
PT4107_DB03
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(cè)試波形
圖 3是電子濾波器T1發(fā)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(gè)電壓是穩(wěn)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(qū)動(dòng)脈沖波形，頻率基本是固定的，脈沖
的占空比隨著負(fù)載電流和輸入電壓變化。當(dāng)負(fù)載固定時(shí)，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(yīng)該隨輸入電壓升高而增加。
測(cè)量中可看到脈沖在水平方向抖動(dòng)，這并不是故障，而是為了降低EMI在芯片里增加了
擴(kuò)頻功能。
第 3頁 PT4107_DB03 Rev1.0
PT4107_DB03
圖 4：柵信號(hào)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(dāng)恒流源空
載時(shí)，漏電壓是交流輸入電壓的 1.4倍，有載時(shí)是交流輸入電壓的1.2～1.3倍。由
于采用速恢復(fù)二管續(xù)流，電感產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)被阻尼，因而波形很干凈。
注意，用示波器測(cè)試漏電壓要用專門的高壓探頭，否則會(huì)損壞示波器。
圖 5：漏信號(hào)波形
圖 6是MOS管源電壓，這個(gè)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(gè)電壓在單周期里送到芯片中作為控制信號(hào)，控制
第 4頁 PT4107_DB03 Rev1.0
PT4107_DB03
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(zhèn)流電感和
MOS 管的寄生電感產(chǎn)生的，這些是產(chǎn)生開關(guān)損耗的。
波形的頂部的斜坡是由導(dǎo)通損耗產(chǎn)生的。導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗是MOS管發(fā)熱的主要
原因。
圖 6：源采樣信號(hào)波形
圖7 左上部兩個(gè)波形分別是LED＋ 和LED－ 端的電壓波形（帶240歐姆負(fù)載），左下是
（LED+）－（LED－）的波形，即輸出電壓。右圖是用電應(yīng)環(huán)測(cè)量的輸出電流紋波。
由于電流環(huán)的高頻響應(yīng)很好，顯示出了幾十毫伏的電流，它們是回路的寄生電感產(chǎn)
生的反向電動(dòng)勢(shì)引起的，濾波電容對(duì)它是無可奈何的。
注意，用示波器測(cè)量電流要用專門的電流探頭或電應(yīng)環(huán)。
圖 7：輸出電流波形
第 5頁 PT4107_DB03 Rev1.0
PT4107_DB03
圖8是在27 OC 室溫環(huán)境里,不同輸入電壓對(duì)應(yīng)的輸出電流，即輸入電壓調(diào)整率特性。 圖 8：輸入電壓調(diào)整率
圖 9是環(huán)境溫度變化對(duì)輸出電流的影響，這個(gè)曲線是用測(cè)試數(shù)據(jù)在Origin軟件上擬
合的。測(cè)試數(shù)據(jù)來自 10個(gè)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(cè)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(jié)構(gòu)，電路板和 LED 引腳上均帶電，要嚴(yán)格遵守帶電

使
注意：
操作規(guī)則，避免發(fā)生人體觸電事故！
第 6頁 PT4107_DB03 Rev1.0
PT4107_DB03
先檢查LED板上發(fā)光管的串并結(jié)構(gòu)， 每串LED須在12～28個(gè)范圍內(nèi)，10～15串
并聯(lián)
線。允許市電有&plun;15%的波動(dòng)，
接好
上直接
或向
意事項(xiàng)
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(nèi)，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(huì)損傷LED縮短使用壽命。當(dāng)LED
點(diǎn)亮后，如果電流偏離設(shè)計(jì)值，在輸出回路串聯(lián)一個(gè)量程大于2A的電流表，調(diào)節(jié)電路板
上的電位器，可以微調(diào)輸出電流。電流調(diào)好后在電位器螺桿上滴上硅膠固定，振動(dòng)
對(duì)電位器的影響。如果調(diào)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(shè)置是按輸出功率20W設(shè)計(jì)的，因而不要隨意輸出功率。
該電路板可以直接用于生產(chǎn)，PCB板的 Gerber 文件可在 PowThch 網(wǎng)站
應(yīng)用系統(tǒng)部索取，省去設(shè)計(jì)的時(shí)間和費(fèi)用。
注
z 電子穩(wěn)
給 U1 供電的電
串聯(lián)穩(wěn)壓調(diào)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(gè)電容 ，由于基電流只有射電流的 1/(1＋β）, 相當(dāng)于在發(fā)射接了一個(gè)(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(gè)齊納二管，就是
一個(gè)簡單的串聯(lián)穩(wěn)壓器，因此，該電路具有穩(wěn)壓和濾波雙重作用，能地消除高頻開關(guān)紋波。注
意選擇雙型晶體管的 Vbceo>500V, Ic=100mA。穩(wěn)壓二管 D4 用 16～18V，1/4W 任何型號(hào)的小功
率穩(wěn)壓管。
圖10：倍容式紋波
功率因數(shù)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(xù)的脈沖波，諧波失真大，功率因數(shù)低。本電路用的是一種的無源功率因數(shù)補(bǔ)償
電路，如圖11所示。這個(gè)電路叫平衡半橋補(bǔ)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(jìn)行補(bǔ)償。濾波電容C1和C2相串聯(lián)，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(huì)被正向偏置，這
樣使C1和C2開始并聯(lián)放電。采用這個(gè)電路后，系統(tǒng)的功率因數(shù)從0.6到0.88～0.9，但很難過0.92，
因?yàn)檩斎腚妷汉碗娏髦g還存在大約60度的區(qū)。
第 7頁 PT4107_DB03 Rev1.0
PT4107_DB03
圖 11：平衡半橋 PFC 電路
z 采樣電阻
電阻R6、R7、R8、R9 并聯(lián)作為采用電阻，可以減小電阻和溫度對(duì)輸出電流的影
響，并且可以方便地改變其中一個(gè)或幾個(gè)的阻值，修改電流的目的。建議選用千分
之一，溫度系數(shù)為 50ppm 的D電阻。如果對(duì)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?yàn)殇X電解電容的壽命與溫度有很大關(guān)系，溫度升高電解質(zhì)的損耗加快，溫度每升
高6 OC，電容器壽命就會(huì)減少一半。雖然LED的壽命長達(dá)5萬小時(shí)，但電解電容的壽命只
有4000小時(shí)，燈管內(nèi)溫度比較高時(shí)，電解電容器的壽命更低，因而，這個(gè)驅(qū)動(dòng)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(guān)鍵的元件，要求Q值高、飽和電流大、電阻小。標(biāo)稱3.9
毫亨的電感，在40KHz～100KHz頻率范圍里Q應(yīng)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(yōu)質(zhì)功率電感。使用劣值
電感的后果是災(zāi)難性的，一旦電感發(fā)生飽和，MOS管、LED、控制芯片就會(huì)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。
第 8頁 PT4107_DB03 Rev1.0