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日光灯应用

基于LN2541的非隔离LED日光灯应用方案
——18W恒流驱动(24串12并)

1. 简介

本文是一份基于LN2541设计的低成本非隔离LED日光灯应用方案报告。
LN2541 是一款驱动LED的恒流控制芯片,系统应用电压范围从12VDC 到600VDC,占空比最大可达100%。支持交流85V-265V输入,主要应用于非隔离的LED 驱动系统。本方案需驱动24串12并的LED阵列,输入电压范围为176VAC-265VAC。
本文内容包括电路原理图、材料清单、PCB图、性能测试数据和关键元器件计算方法。

方案基本特性:

  • 极少的外围器件
  • 输入电压范围:176VAC-265VAC/50Hz
  • 系统效率:90%
  • 功率因数:0.9 
  • 占空比最高可达百分之百
  • 支持模拟调光
  • 内置抖频技术,降低EMI 干扰
  • 开路保护、短路保护、过温保护

 

2.原理图

图片1.png
注:该应用输入为176VAC-265VAC,输出76V/240mA(24串12并)。

3.PCB图及样机图片

图片2.png
PCB图(单面板)

图片3.png
24串12并样机图片

4.BOM

0.jpg

5.测试参数

5.1线性调整度

不同的输入交流电压下对应的输出电流

0.jpg

图片1.png

5.2效率

不同的输入交流电压下对应的效率

0.jpg

图片1.png

5.3功率因数

不同的输入交流电压下对应的功率因数

0.jpg

5.4相关波形

5.4.1实测Toff波形 Toff=5uS

图片1.png

5.4.2输出电流纹波 IRIPPLE=72mA

图片2.png

5.5.调光情况

图片3.png
在DIM脚接一个100K的可调电阻,可以实现0-100%调光,曲线如上图所示。

6.关键元器件参数设计

基本设计参数:

0.jpg
注:每颗LED的压降VF=3.2V,电流ILED=20mA。

相关参数计算

输出功率:           POUT= VOUT* IOUT=76.8V*240mA=18.4W
电感的峰值电流:     IP=IOUT+IOUT*33%*0.5=[240+240*0.5/3]mA=280mA
电感的纹波电流:     IRIPPLE=2*(IP-IOUT)=2*(279.6mA-240mA)=80mA
关断时间:           TOFF=5uS

6.1.电感

L= VOUT*TOFF/ IRIPPLE=76.8V*5uS/80mA=4.8mH,取常用规格5mH。
电感线径:因为IOUT为240mA,所以
线径D=1.13*(1/J)^1/2,其中J为电流密度,这里取6
那么D=1.13*(1/6)^1/2=0.226mm,取0.23mm。
这里选择线径为0.23mm的5mH电感。

6.2.TOFF设置电阻ROSC

ROSC=TOFF/(4*10^-5)=5uS/(4*10^-5)=125K
这里选择电阻规格为:125K/0805/1%

6.3.启动电阻R1

因为IVIN范围是1mA-20mA
则 Rmax=(VDCmin-10.5V)/1mA=(176*1.414-10.5)V/1mA=238K
Rmin=(VDCmax-10.5V)/20mA=(265*1.414-10.5)V/20mA=18K
所以,R1=(Rmax+ Rmin)/2=(238K+18K)/2=128K
PRmax=IINopmax2*R1=0.0012*128K=0.128W
这里取阻值为128K的0.5W电阻。

6.4.采样电阻

RCS=VREF/IP=0.2V/280mA=0.71Ω
PRCS=0.22/0.71W=0.056W,所以这里取0.71Ω/0805/1%

6.5.开关管

开关管耐压值需大于输入电压的峰值
则VDS>1.414*VINmax=1.414*265V=374.71V,尽量选择导通电阻RDSON小的MOSFET
这里选择2N60,TO252-5L封装。

6.6.继流二极管

其反向耐压值VRMS>1.414*VINmax=1.414*265V=374.71V,尽量选择恢复时间快、导通压降小的二极管,这里选择HER207

注意:本方案为非隔离架构,正常工作时,驱动板及LED灯板都带电。安装时,先将驱动连接到LED灯板后再通电。请严格遵守带电操作规范,避免发生触电事故!


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