詳解無閃爍LED驅(qū)動調(diào)光控制設(shè)計

　　1 、LED照明設(shè)計帶來的挑戰(zhàn)

　　目前，全球照明行業(yè)的數(shù)字革命正在到來，高效節(jié)能的LED燈將取代白熾、M16鹵素燈和CFL燈泡。但近段時間LED照明設(shè)計人員的工作面又臨新的挑戰(zhàn)，那就是同時滿足既可用針對白熾燈與M16鹵素燈的LED驅(qū)動器來實現(xiàn)調(diào)光控制功能，又要實現(xiàn)高功率因數(shù)無任何閃爍的調(diào)光控制的的新要求，尤其是要兼容現(xiàn)有的基礎(chǔ)架構(gòu)，其中包括切角調(diào)光和電子變壓器調(diào)光支持無閃爍調(diào)光的設(shè)計。

　　應(yīng)該說，調(diào)光是照明系統(tǒng)非常常見的功能，相對于對于白熾燈或M16鹵素燈來說，它可以以低成本輕易實現(xiàn)，但對于LED燈的調(diào)光而言卻存在一定難度，尤其是要實現(xiàn)無任何閃爍的調(diào)光控制。通常對建筑與用戶來說要將白熾燈或M16轉(zhuǎn)換到用LED照明其最有余悸的是惟恐失去調(diào)光控制應(yīng)用上的優(yōu)勢，即應(yīng)無任何閃爍。當然，其中功率因數(shù)也是非常重要的因素，因為高功率因數(shù)可降低配電綱絡(luò)的損耗與減少浪費。因而國內(nèi)外各地的監(jiān)管機構(gòu)都在進一步嚴格它們的功率因數(shù)規(guī)范，例如，能源之星固態(tài)照明能效規(guī)范規(guī)定，住宅照明產(chǎn)品的功率因數(shù)應(yīng)大于0.7，商用照明產(chǎn)品的功率因數(shù)應(yīng)大于0.9.由此 LED燈泡和燈具制造商正在對這些要求做出響應(yīng)，要求LED驅(qū)動電路能適合各種調(diào)光單元，具有高效率并且功率因數(shù)（PF）》0.9，使其產(chǎn)品具有高的通用性。

　　由此如何應(yīng)對LED照明設(shè)計帶來的挑戰(zhàn)，以滿足新要求就成為制造廠商與設(shè)計人員及消費者迫切關(guān)注的問題。據(jù)此，本文將對LED照明應(yīng)用中實現(xiàn)高功率因數(shù)性能的無任何閃爍的調(diào)光控制技術(shù)與構(gòu)建等問題作研討，并以應(yīng)用多項控制器構(gòu)建的LED驅(qū)動器與高集成MOSFET LED驅(qū)動器2種高功率因數(shù)無任何閃爍的調(diào)光控制為例作重點分析。

　　2 、應(yīng)用多項控制器構(gòu)建的LED驅(qū)動器是一種專用恒流LED負載的反激式電源

　　為此先從調(diào)光控制器的基本理念述起。

　　2.1可控硅調(diào)光器在LED照明應(yīng)用中存在問題

　　*可控硅調(diào)光器（見圖1（a）所示）。它是應(yīng)用切相原理，減少VRMS來降低普通負載（電阻負載）的功率，工作效率較高性能穩(wěn)定。

　　所以它是LED照明常用方法，見圖1（b）所示可控硅調(diào)光器與LED驅(qū)動器配合架構(gòu)示意。

　　圖1（b）中可控硅調(diào)光就是在芯片中或者應(yīng)用電路中當切相電源時，以提取導(dǎo)通角信息，并根據(jù)該信號控制來控制LED的驅(qū)動電流，來得到調(diào)光的效果。然而可控硅調(diào)光器在LED照明應(yīng)用中卻有閃爍、發(fā)光不均勻、音頻噪聲以及閃動現(xiàn)象。其因有二：笫一是可控硅調(diào)光的100Hz頻閃存在。因為電網(wǎng)的工頻是50/60Hz，切相波形整流后，就是可以得到一個100/120Hz的脈沖信號。這樣就可以直接用來產(chǎn)生調(diào)光的PWM信號。而實際應(yīng)用中，只要有任何輕微的電壓波動，電流變化，都會影響脈沖的占空比，這樣就相當于一個100/120Hz的閃爍，而對白熾燈沒有這個問題？是因為燈泡鎢絲的物理惰性使得人不易感覺到；笫二是可控硅調(diào)光器的調(diào)光控制是通過改變可控硅導(dǎo)通每個半周期的相位角來實現(xiàn)的，為維持可控硅的穩(wěn)定工作，它的重要參數(shù)之一維持電流（IH） 是不能為零（其典型值在8mA到40mA之間）。它在驅(qū)動白熾燈時，該IH維持電流不是問題，然而，在驅(qū)動高效LED時，在燈熄滅時無法保持維持電流不出現(xiàn)同題。尤其在有振蕩情況下，就更容易出現(xiàn)閃爍、發(fā)光不均勻、音頻噪聲以及閃動現(xiàn)象。如果振蕩導(dǎo)致電流降到IH（8mA~40mA）以下，可控硅將關(guān)斷，其結(jié)果是在同一輸入線路周期內(nèi)多次重啟可控硅，則LED燈頻頻發(fā)生閃爍。

　　*從提高LED驅(qū)動器負載能力入手是抑制閃爍的關(guān)鍵

　　可控硅調(diào)光的100Hz頻閃-解決方法：不能直接把切相波形直接來調(diào)光，需要把凋制信號頻移至更高的頻段，使人看不出來閃爍。驅(qū)動控制器芯片把調(diào)光的信號調(diào)至幾KHz更高的頻段。

　　關(guān)于可控硅調(diào)光的負載問題 可控硅調(diào)光器要穩(wěn)定工作，就需要有穩(wěn)定的IH來保障調(diào)光器工作。為解決可控硅調(diào)光負載過熱，就需要應(yīng)用信號濾波技術(shù)，把截取進來的導(dǎo)通角信號進行整形濾波，讓提高調(diào)光信號的可用性；為解決負載不足時的顫動，需要加入信號平滑及鎖相技術(shù)，把相鄰兩個導(dǎo)通角信號平滑鎖定。就可以大大的減少閃爍情況的發(fā)生。

　　為避免出現(xiàn)可控硅調(diào)光相關(guān)的問題，LED驅(qū)動器必須滿足LED負載各種不同的要求，同時還得與白熾燈設(shè)計的調(diào)光電路實現(xiàn)兼容。用于替換標準白熾燈的LED燈通常包含多個LED，確保提供均勻的光照。這些LED以串聯(lián)方式連接在一起。每個LED的亮度由其電流大小決定。LED的正向電壓降約為3.4V，但通常介于2.8V到4.2V之間（±20%）。盡管負載變化較大，但LED燈串仍須由恒流電源提供驅(qū)動，因此必須對電流進行嚴格控制，以確保相鄰LED燈之間具有高匹配度。LED燈要想實現(xiàn)可調(diào)光，其電源必須檢測可控硅控制器的可變相位角輸出，并利用該信息來改變LED的恒流驅(qū)動。

　　2.2恒流LED負載的反激式電源的構(gòu)建

　　應(yīng)該說如今有多種類型控制器可以構(gòu)建恒流LED驅(qū)動電源-LED負載的反激式電源。在此僅以集成多項控制器LinkSwitch.-PH構(gòu)建的LED驅(qū)動器為例作分析。

　　2.2.1 應(yīng)用多項控制器構(gòu)建的LED驅(qū)動器是一種專用恒流LED負載的反激式電源

　　圖2所示為使用最新器件LinkSwitch.-PH控制器設(shè)計的反激式電源架構(gòu)，它是專用于恒流LED負載的反激式電源。LED驅(qū)動用恒流源有助于保證LED在發(fā)光的工作時間段光線亮度一致、不閃爍。

　　圖2中LinkSwitch-PH控制器集成了多項專用于驅(qū)動LED的新功能。該路與LED驅(qū)動器采用標準反激式拓撲結(jié)構(gòu)不同，它采用了初級側(cè)調(diào)整。這樣可省去光耦器和次級側(cè)控制電路。變壓器上的次級側(cè)繞組（偏置繞組）具有兩種功能：通通BP引腳為LinkSwitch-PH供電，通過FB引腳提供電流反饋。這兩個次級側(cè)繞組緊密耦合，從而使偏置繞組上的電壓與流經(jīng)LED負載的電流成比例?？刂破髟贔B引腳收到電流反饋後，會調(diào)整集成高壓功率MOSFET的占空比，以維持電流調(diào)整率。該電路可在經(jīng)整流非平滑的AC市電輸入下工作，其控制器隨著市電輸入在每個半周期內(nèi)的升降持續(xù)調(diào)整高壓功率MOSFET的占空比，并對每個半周期內(nèi)的平均電荷造行控制，使其維持輸出電流調(diào)整率。由此可見由LinkSwitch-PH控制器構(gòu)建的用于恒流LED負載的反激式電源既可以進行配置，使其提供恒流輸出，又能實現(xiàn)可控硅相位角檢測和功率（功率因素）的控制。

　　2.2.2無任何閃爍調(diào)光控制的實現(xiàn)

　　*LinkSwitch-PH控制器所具的特性是實現(xiàn)無任何閃爍調(diào)光控制的保證。LinkSwitch-PH控制器所具有的其中兩個特性是連續(xù)導(dǎo)通模式和頻率抖動。這兩個特性除了有助于簡化輸入濾波外，因：連續(xù)導(dǎo)通模式具有兩大優(yōu)勢，即降低導(dǎo)通損耗（從而提高效率）和降低EMI特征，這有助于以低成本的小型輸入EMI濾波器來滿足EMI標準的要求，可省去一個大電容，并省去共模扼流圈或減小其尺寸；LinkSwitch-PH中的控制器還可將抖動應(yīng)用到高壓功率MOSFET的開關(guān)，這樣可