一種低成本機控冰箱柜LED照明燈設計

劉 濤 何寶石

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

LED照明技術具有體積小、光效高、功耗低、穩定性好、可靠性高等優點[1]，其在電子式冰箱和冷柜當中應用非常廣泛。LED照明技術的典型特征是其驅動電路必須是低壓直流電源，對于機械式冰箱和冷柜而言，其無電腦板，無法提供低壓直流電源，因而在機械式冰箱和冷柜上使用LED燈較為困難。如果通過增加電腦板實現LED照明不但需要較大空間存放，而且帶來成本上升，產品性價比低，不推薦使用。為了實現體驗感較好的LED照明，制造商通常使用成本較低的自整流LED燈去實現照明。

自整流LED燈的優勢在于LED燈的輸入電源仍為交流電源，通過LED燈的內部電路轉換成低壓電源再給燈珠供電。由于體積的限制，自整流LED燈一般通過阻容降壓電路去實現電壓轉換[2]。阻容降壓電路是非隔離的電源方案，需要使用較多的安規元器件才能滿足安全標準要求；同時需要使用塑料罩殼封裝做到安全隔離，適用于功率較低的燈珠照明。冰箱和冷柜的照明光通量一般最少40 lm，所以為了達到足夠亮度，需要使用多顆燈珠才能滿足冰箱和冷柜的照明需求。對于容積較大的冰箱和冷柜而言，自整流LED燈的光通量明顯不足。圖1為自整流LED燈應用電路方案。

為了節約電源成本，實現大功率、高亮度照明，滿足不同容積冰箱和冷柜的照明需求，可以通過高壓線性恒流驅動方案去開發設計LED照明燈。

圖1 自整流LED燈應用電路方案

從圖1 可以看出，該電源方案使用元器件數量和燈珠數量較多，加上封裝的塑料罩殼、連接端子或者燈頭，整燈成本較高，不利于成本要求高的機械式冰箱和冷柜推廣使用，尤其是大容積的冰箱和冷柜。

1 高壓線性恒流驅動方案介紹

高壓線性恒流驅動方案是通過線性恒流驅動LED控制芯片搭載簡易的外圍電路實現燈珠的照明，其在家裝室內照明和路燈照明方面應用日益普及。高壓線性恒流驅動方案具有以下特點：

1）高功率因數和高效率，低諧波（PF≥0.98，η≥90 %，THD＜15 %）；

2）電路上無需增加安規電容或者電感，就可以滿足EMC安規標準要求；

3）線性恒流驅動LED控制芯片外圍電路簡潔，使用元器件數量少，可以大幅降低電源成本；

4）芯片具有自動過溫保護和過壓保護，有效保障電源和整燈的壽命；

5）輸出電流恒定，適用于驅動大功率燈珠，整燈光通量高；

6）可以直接使用市電交流高壓電源進行供電，無需轉換電源。

高壓線性恒流驅動方案與傳統的阻容降壓方案相比，芯片外圍安規元器件使用量更少，燈珠恒流源驅動，不會受到電壓波動影響，可用少顆大功率燈珠即可做到高亮度照明。

2 基于高壓線性恒流驅動方案的機控冰箱LED照明燈設計

2.1 機控冰箱LED照明燈電路設計

高壓線性恒流驅動方案的照明設計可以同樣應用到家電照明上，圖2為機控冰箱LED照明燈設計原理圖，該LED燈使用了一顆線性恒流驅動LED控制芯片ME8608，該芯片是一款單通道恒流驅動LED控制芯片，集成啟動電路與480 V高壓MOS管，輸出電流可以由外接電阻RSET精確確定，圖3為芯片ME8608功能示意圖。

圖2 機控冰箱LED照明燈設計原理圖

圖3 ME8608芯片功能示意圖

在外圍電路的元器件選型上，電解電容C1能降低芯片輸入電壓的紋波達到穩定的電壓，C1值越大，紋波越小，芯片OUT端口的電壓紋波也越小，一般取值范圍為（4.7～22）uF，本設計中取值4.7 uF。R5為系統放電電阻，可有效避免燈珠熄滅再點亮時的余輝現象，一般取值510 KΩ～1 MΩ，本設計中取值1 MΩ。在芯片的RSET口并聯電阻R3和R4，用來調節輸出電流的大小。在燈板供電輸入端，增加大功率電阻R1、R2和壓敏電阻VR1，削弱高壓和浪涌電流對電路的影響；D1為橋式整流器件。在芯片的OUT口串聯了電阻R6，緩沖電壓的波動，保護芯片。

該LED燈使用了3顆2835燈珠，色溫選取值范圍（6 000～7 000）K，整燈光通量達到150 lm以上，相比于阻容降壓式的自整流LED燈而言光通量明顯提升。造型上，可以做成塊狀燈板結構，尺寸盡量小，和外部電源采用連接器端子進行接插。

機控冰箱LED照明燈關鍵電氣參數見表1。

表1 機控冰箱LED照明燈關鍵電氣參數

2.2 機控冰箱LED照明燈結構裝配設計

市場上機控冰箱檔次定位較低，在低價位的基礎上為了獲得高性價比，必須盡量做到成本最低，因此在產品升級上就要做到結構件更改設計的投入最少。冰箱LED照明燈可以設計成塊狀燈板結構，組裝在溫控盒內，溫控盒除了預留出燈板的空間以外，在溫控盒的基座上可以預留出三個燈珠孔。燈罩采用磨砂式設計，增加光線照射的均勻性，弱化燈珠顆數，照明更加柔和。

冰箱內襯屬于整體吸塑成型，LED燈的PCB布線層朝向內襯，內襯阻燃等級做不到5 VA。根據安規標準要求，LED燈是強電高壓輸入的帶電零部件，在裝配上，LED燈需被達到5 VA阻燃等級的結構件包裹起來，只允許接器接插部位外露。所以在設計上可通過在燈板的布線側增加一個溫控盒蓋，阻燃等級為5 VA，厚度要求2 mm以上，這樣就將LED燈布線層和冰箱內襯進行隔離，從而滿足安全標準要求。

圖4為機控冰箱LED照明燈結構裝配示意圖。

圖4 機控冰箱LED照明燈結構裝配示意圖

3 基于高壓線性恒流驅動方案的冷柜LED照明燈設計

3.1 冷柜LED照明燈電路設計

冷柜和冰箱照明上最大的不同在于冷柜的照明燈是安裝在門體上的，且冷柜沒有獨立的燈開關去控制照明燈。因此，冷柜LED照明燈在設計上需要增加一顆滾珠開關。

滾珠開關工作原理如圖5（a）所示，其金色接腳端為導通觸發端，銀色接腳端為關閉開路端，當冷柜門體打開到10 °以上時，滾珠開關受到外力作用，金色接腳端低于水平達到適當角度時導電接腳處于持續導通狀態；而當冷柜門體恢復到10 °以下至關閉狀態，滾珠開關則恢復到開路狀態，圖5（b）為滾珠開關封裝圖。

圖5 滾珠開關工作原理其封裝

利用滾珠開關的工作特性，設計出冷柜LED燈電路原理圖，如圖6所示。其在線性恒流驅動LED控制芯片ME8608的輸出端增加了滾珠開關SW1、三極管Q1，二者一起與燈珠串聯，這樣整個線路在驅動燈珠照明的同時實現了燈珠電路的通斷，滿足冰柜使用需求。

圖6 冷柜LED燈設計原理圖

考慮到光線的均勻性，該燈板使用了6顆燈珠，燈珠參數與冰箱LED燈相同，整燈光通量達到200 lm以上。造型上可以設計成長條形燈板結構，使用連接器直接連接電源。相比于傳統自整流LED燈而言，該燈板外圍電路簡潔，無需重錘式燈座，裝配簡便，無論從裝配效率、照明效果還是材料成本上都更優。

冷柜LED照明燈關鍵電氣參數見表2。

表2 冷柜LED照明燈關鍵電氣參數

3.2 冷柜LED照明燈結構裝配設計

冷柜LED照明燈是裝在冷柜門體上的，其與冰箱裝配類似，燈板和門體內襯之間需增加一個燈盒，燈盒的材質是HIPS，阻燃等級是5 VA，燈盒預留出卡扣，固定燈板。燈罩同冰箱LED燈燈罩一樣，采用磨砂式設計。同時為了滿足安規標準要求，燈罩在裝配上可以采取一側螺釘固定，一側卡扣固定，提高裝配效率。圖7為冷柜LED照明燈結構裝配示意圖。

圖7 冷柜LED照明燈結構裝配示意圖

4 結論

本文通過對機控冰箱柜的LED照明燈及其裝配設計分析，可以得出以下結論：

1）基于高壓線性恒流驅動的照明設計方案不僅適用于家裝等大功率照明場合，同樣可以應用于家電行業冰箱柜的照明；

2）基于高壓線性恒流驅動的照明設計方案相較于阻容降壓方案而言電路更為簡潔，所用元器件數量少，成本更低；

3）基于高壓線性恒流驅動的LED照明燈在裝配時需重點解決LED照明燈周邊結構件的材質、厚度以及燈板和內襯之間強電隔離的問題。