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解析單級離線驅動遠程變光LED技術

作者: 時間:2013-09-18 來源:網(wǎng)絡 收藏

變光LED驅動器在低光量時會出現(xiàn)光輸出穩(wěn)定性問題,本文將探究這個問題的根源,并提出一個解決方案。本文不討論雙向晶閘管的變光技術,因為低光量不穩(wěn)定性是因為不同的機制造成的。使用通信技術設定LED電流的變光方法包括DALI、0-10V、Zigbee和電力線載波控制。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/222437.htm

  LED驅動器端收到一個信號,并用其設置參考電流,同時控制環(huán)路調整LED電流,使其符合參考電流。只有控制精度很高,才能確保相鄰燈具的亮度相同。低光量時出現(xiàn)的閃爍和弱光現(xiàn)象令設計人員困惑不解。

  功率因數(shù)校正

  如果使用兩級功率轉換器,就再出現(xiàn)低光量不穩(wěn)定現(xiàn)象。第一級(升壓或PFC-反激式)建立較穩(wěn)定的電壓,第二級(通常是降壓逆變)精密調節(jié)LED內的電流。因為需要使用更多的元器件,雙級解決方案的能效不如轉換器好。出成本考慮,LED廠商通常選用PFC-反激式轉換器。

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  問題

  變光應至少在20區(qū)間內,提供這個光量范圍,白熾燈沒有任何問題,在低光功率時,白熾燈的能效大幅降低,20光量區(qū)間所需的功率范圍比較窄。如果提供40%的電壓或電流,光輸出將會降到大約1%。市場期望LED解決這個難題。

  LED的線性響應比白熾燈好很多,在低電流時,能效反而更高。人眼可辨別相鄰光源之間5%的差異度,只對以百分比表示的差異度反應,而絕對光量不會引起人眼反應。這需要嚴密控制電流,在低光量時,控制精度要求更高。如果需要調節(jié)到全輸出的1%,則不能使用一次側控制。

  與白熾燈不同,LED沒有自過濾機制。白熾燈燈絲的熱容量是一個很好的交流濾波器,而LED則需要外置濾波電路。常用解決方案是直接在LED上連接一個大型電解電容,而且濾波效果良好。

  電解電容的容量根據(jù)光紋波的要求來確定。如果紋波電流小于10%rms(大約28%p-p),人眼感覺光線質量與純直流一樣。(此外,如果紋波電流高于10%,能源之星標志要求在燈上做出聲明。)  LED有一個動態(tài)電阻(斜率電阻),其大小為視在V/I電阻的1/10左右。圖2所示是典型LED的V-I曲線。

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  因此,如果紋波電流小于10%RMS,電容必須將LED上的電壓控制在1%以內。所需的數(shù)值是:

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  不幸的是,電容還是控制環(huán)路的一部分。電容和LED動態(tài)電阻將控制環(huán)路極點設為大約30Hz。因此,在這個頻率上,電容增加45度相位滯后,使環(huán)路增益降低6dB。我們稍后討論這個問題。下圖詳細描述了僅因為LED控制環(huán)極性點而起的增益和相移。

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  注意,LED的動態(tài)阻抗隨著電流降低而升高。不幸地是,這使得控制環(huán)極點移至左側。在10%電流時,轉折頻率大約3Hz。在1%電流時,轉折頻率約為0.3Hz。注意,對于PFC級,典型控制環(huán)路有一個3Hz到20Hz的交叉頻率。

  設計一個極點在這個范圍內可移動的控制環(huán)路是不合理的。唯一可行的解決方案是交叉頻率在0.03~0.1Hz的設計,但是控制環(huán)路將會變得非常遲緩。

  解決方案

  我們還有另外一個解決方案。該解決方案需要更多元器件,但是效率只略受影響,成本還是低于雙級驅動器。進入電容器和LED燈串的電流,即轉換器輸出電流,是可以測量的。

  不過,因為PFC反激式轉換器的輸出電流是三角形脈沖,我們要使用有直流偏移的120Hz正波弦調制脈沖。我們要測量的是直流偏移。高頻和120Hz頻率必須過濾掉。脈沖電流還將大幅提高電流采樣電阻器的功耗。

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  高頻電流的波形和包絡線如圖5所示。

解析單級離線驅動遠程變光LED技術   鋸齒成份中的RMS電流很大。在低壓線路上,對于寬壓轉換器(90Vac到305Vac),最大峰值電流是平均


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