LED吸頂燈及其驅(qū)動(dòng)電源解讀

　　這個(gè)電路可以驅(qū)動(dòng)21個(gè)1W的LED。其主要指標(biāo)如下：

　　其輸出LED電流以及效率隨輸入電壓的變化如圖10所示。

　　圖10. 輸出電流和效率隨輸入電壓的變化

　　因?yàn)殡娐分袥]有采用無源功率因數(shù)校正，所以功率因數(shù)比較低。這個(gè)電路也沒有采用為減小EMI所需的濾波器，如果加上這兩項(xiàng)以后都會(huì)降低其效率。

　　所有這些非隔離式電源因?yàn)樵贚ED負(fù)載上會(huì)觸摸到市電，所以有嚴(yán)格的安規(guī)檢驗(yàn)，盡管采用良好的絕緣可以滿足安規(guī)的要求，但是歐盟IEC 61347-2-13 （5/2006）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在LED負(fù)載端電壓不可超過25VAC或35VDC。所以采用非隔離電源是無法出口歐盟的。

　　隔離式電源

　　最近美國TI公司推出了一種隔離式恒流源芯片TPS92070，它的電路圖如圖11所示。

　　圖11. TPS92070實(shí)際應(yīng)用電路圖

　　輸入：90-264VAC

　　輸出：25V，350mA

　　效率：>85%

　　1. 可調(diào)光隔離式恒流源

　　iW3614

　　其電路圖如圖12所示。

　　圖12. iW3614應(yīng)用電路圖

　　輸入：100-120VAC或220-240VAC

　　輸出：25V，400mA

　　效率：>82%

　　PF：>0.9 非調(diào)光模式，調(diào)光模式時(shí)取決于可控硅。

　　THD：滿足 IEC61000-3-2

　　調(diào)光兼容RC、R、RL

　　? 　LT3799

　　今年2月美國凌特公司宣布了一個(gè)用于LED恒流驅(qū)動(dòng)的IC（LT3799），它可以驅(qū)動(dòng)4-100W的LED，而且本身帶PFC，外置功率MOSFET開關(guān)管，反激隔離式而不需要光耦合器，外置元件減到最少，而且還可以用于可控硅調(diào)光。

　　圖13 可用于高功率LED 吸頂燈的反激式隔離型恒流電源

　　這個(gè)電路圖是一個(gè)給24瓦吸頂燈用的演示板的電路圖。其主要技術(shù)指標(biāo)如下：

　　它的演示版的布置圖如圖14所示。具體應(yīng)用時(shí)當(dāng)然也可以設(shè)計(jì)成圓形。

　　圖14. LT3799的演示版

　　這個(gè)市電恒流源因?yàn)楣β蚀螅铱梢赃m應(yīng)4-100W的寬功率范圍（這是吸頂燈的功率范圍），所以一定是采用外置MOS開關(guān)管，而且也因?yàn)楣β蚀?，所以要求采用功率因?shù)校正（PFC）。對于不同的功率，除了要選擇不同的MOS管外，還要求選擇不同大小的變壓器。變壓器加大了整個(gè)恒流源的體積和重量，降低了效率。但是這是為隔離市電所必需的。

　　六、LED吸頂燈的調(diào)光

　　目前全世界很多知名的LED恒流驅(qū)動(dòng)芯片公司都花了很大的力氣開發(fā)出了很多可以和各種可控硅調(diào)光的所謂Triac配合以進(jìn)行調(diào)光的芯片。然而這也是一種相當(dāng)可悲而又可笑的事。因?yàn)榭煽毓枋巧鲜兰o(jì)六十年代的產(chǎn)品，本身是一種相當(dāng)古老而落后的器件。它的確可以用來和白熾燈配合進(jìn)行調(diào)光，可是它在調(diào)光的過程中會(huì)破壞正弦波的波形因而引起系統(tǒng)的功率因數(shù)降低，而且還會(huì)在線路上產(chǎn)生很大的干擾信號(hào)。在白熾燈調(diào)光時(shí)因?yàn)榘谉霟舻牧炼戎皇怯呻娫措妷旱挠行е禌Q定，所以可以跟著可控硅的導(dǎo)通角調(diào)光，而且對于可控硅來說，白熾燈是一個(gè)理想的純阻負(fù)載，也不會(huì)對它的工作有什么影響。

　　可是換成LED以后就產(chǎn)生了一系列的問題，首先帶整流器的LED是一個(gè)容性負(fù)載，對可控硅有很大影響，在低負(fù)載時(shí)就會(huì)不穩(wěn)定觸發(fā)，除非并聯(lián)一個(gè)電阻。但會(huì)進(jìn)一步降低系統(tǒng)的效率（增加1-2W功耗）。為了使得LED也能配合可控硅調(diào)光就必須把帶整流器的整套恒流電源系統(tǒng)的功率因數(shù)提高到看上去接近純阻負(fù)載。所以很多公司開發(fā)出有源功率因數(shù)校正芯片。使得LED整個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)達(dá)到0.9以上。不少人誤以為采用功率因數(shù)校正以后，連同可控硅在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)都可以達(dá)到0.9以上。這完全是誤解了， 即使是純阻負(fù)載接上可控硅以后功率因素也會(huì)隨調(diào)光而降低。

　　下面是可控硅調(diào)光過程中，帶功率因數(shù)校正（達(dá)0.96）的LED球泡燈的整套系統(tǒng)（包括可控硅在內(nèi)）的功率因數(shù)的變化（附帶也有白熾燈的數(shù)據(jù)以供比較）。

　　由表中可知，不管是經(jīng)過功率因數(shù)校正的LED燈，還是白熾燈，在一開始時(shí)功率因數(shù)都可以達(dá)到0.96以上。但隨著可控硅的調(diào)光，其功率因數(shù)逐步降低，到無法再調(diào)光時(shí)，功率因數(shù)低至0.48和0.566。所以作為整個(gè)系統(tǒng)來說，其功率因素指標(biāo)是不符合美國能源之星的要求的。

　　全世界的各種可控硅調(diào)光器多達(dá)幾十種，上百種。很多LED燈為了和這些可控硅兼容，不知道做了多少試驗(yàn)和改進(jìn)，但最后還是吃力不討好。由于國外的人工很貴，所以也可以認(rèn)為這是不得已的做法，但是在中國完全可以采取另一些更先進(jìn)的做法。

　　為了要對LED調(diào)光，可以有很多辦法，這些方法都沒有可控硅的缺點(diǎn)。下面介紹幾種最常用的方法：

　　6.1 采用脈寬調(diào)制PWM調(diào)光

　　LED是一個(gè)二極管，它可以實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)。它的開關(guān)速度可以高達(dá)微秒以上。是任何發(fā)光器件所無法比擬的。因此，只要把電源改成開關(guān)恒流源，用改變脈沖寬度的方法，就可以改變其亮度。這種方法稱為脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)光法。圖15表示這種脈寬調(diào)制的波形。假如脈沖的周期為tpwm，脈沖寬度為ton，那么其工作比D（或稱為孔度比）就是ton/tpwm。改變恒流源脈沖的工作比就可以改變LED的亮度。

　　圖15. 用改變脈沖寬度的方法來改變LED的亮度

　　具體實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光的方法就是在LED的負(fù)載中串入一個(gè)MOS開關(guān)管（圖16），這串LED的陽極用一個(gè)恒流源供電。

　　圖16. 用PWM信號(hào)快速通斷LED串

　　然后用一個(gè)PWM信號(hào)加到MOS管的柵極，以快速地開關(guān)這串LED。從而實(shí)現(xiàn)調(diào)光。也有不少恒流芯片本身就帶一個(gè)PWM的接口，可以直接接受PWM信號(hào)，再輸出控制MOS開關(guān)管。那么這種PWM調(diào)光方法有那些優(yōu)缺點(diǎn)呢？

　　1．不會(huì)產(chǎn)生任何色譜偏移。因?yàn)長ED始終工作在滿幅度電流和0之間。

　　2．可以有極高的調(diào)光精確度。因?yàn)槊}沖波形完全可以控制到很高的精度，所以很容易實(shí)現(xiàn)萬分之一的精度。

　　3．可以和數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合來進(jìn)行控制。因?yàn)槿魏螖?shù)字信號(hào)都可以很容易變換成為一個(gè)PWM信號(hào)。

　　4． 即使在很大范圍內(nèi)調(diào)光，也不會(huì)發(fā)生閃爍現(xiàn)象。因?yàn)椴粫?huì)改變恒流源的工作條件（升壓比或降壓比），更不可能發(fā)生過熱等問題。

　　具體獲得PWM信號(hào)的方法為在墻上的PWM開關(guān)和電位器里安裝一個(gè)PWM發(fā)生器。這個(gè)PWM發(fā)生器可以很容易地用一個(gè)555芯片形成（圖17）。

　　圖17. 用555構(gòu)成一個(gè)PWM發(fā)生器

　　這個(gè)發(fā)生器的指標(biāo)如下：

　　1. 輸入電源：10-36V ，20mA

　　2. 輸出信號(hào)：200Hz的PWM信號(hào)，0-100%，5V （也可為10V）

　　3.