FL7730應(yīng)用：TRIAC調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)指南(獨(dú)家收錄）

引言

LED照明是一種理想的照明光源，可以取代傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)，例如熒光燈和白熾燈。特別是在傳統(tǒng)的TRIAC調(diào)光燈體系中，已經(jīng)投入了大量的研究，試圖開發(fā)一種兼容TRIAC調(diào)光器的LED燈泡。因?yàn)榘谉霟艄庠聪墓β蚀?，而且壽命短，所以LED燈泡便成為其理想的替代品，具有功耗非常低、壽命非常長等優(yōu)勢。

對于TRIAC調(diào)光LED燈泡，目前最大的問題在于調(diào)光器的兼容性。傳統(tǒng)TRIAC調(diào)光器的原始設(shè)計(jì)是要處理數(shù)百瓦白熾燈泡消耗的功率。消耗功率小于20W的LED燈泡，會和采用由大功率開關(guān)器件構(gòu)成的調(diào)光器產(chǎn)生相互影響。如果調(diào)光器和LED燈泡的相互影響不穩(wěn)定，會出現(xiàn)可見閃爍。

為了防止閃爍，需要考慮一些特別的要求。TRIAC調(diào)光器需要在TRIAC觸發(fā)后能夠擎住電流，且在觸發(fā)后的導(dǎo)通期間能夠維持電流。如果不能滿足這兩種電流， TRIAC調(diào)光器會出現(xiàn)誤觸發(fā)和LED照明閃爍。圖1 給出了TRIAC調(diào)光器和LED燈泡的接線圖。圖2 給出了在電源周期開始時(shí)，TRIAC調(diào)光器的電路阻斷電源，觸發(fā)后接通輸入電源和LED燈泡。如圖3所示，如果流過調(diào)光器的擎住電流和維持電流不足，TRIAC調(diào)光器將會關(guān)斷。

對于不同的調(diào)光器模型，擎住電流和維持電流也會不同。典型的擎住電流和維持電流范圍大約為5~50mA。由于消耗較大的功率，采用白熾燈照明時(shí)，不會出現(xiàn)這些工作要求。單只LED燈泡的功率輸出一般小于20W， 因此在整個(gè)電源周期中單只LED燈泡不能維持所需電流量。

本應(yīng)用說明書提供了TRIAC調(diào)光LED燈泡電路板設(shè)計(jì)的實(shí)用指南。在描述的無源和有源泄放設(shè)計(jì)指南中，詳細(xì)地說明了如何保持擎住電流和維持電流，而不出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。由于減少了外部器件的數(shù)量，有源阻尼設(shè)計(jì)能夠改善效率。針對功率因數(shù)（ PF ） 、總諧波畸變率（THD）以及 EMI等方面，輸入濾波器設(shè)計(jì)一節(jié)講述了濾波元件的濾波效果。

1. 無源瀉放設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)無源泄放電路是為了提供擎住電流和維持電流，消除誤觸發(fā)和閃爍。圖4 給出了采用無源泄放電路的電路板原理。

所謂無源泄放器是由電阻(RB) 和電容(CB)構(gòu)成。LF1 和 LF2為輸入濾波電感。CIN 為輸入濾波電容，RD 為阻尼電阻。在調(diào)光電路板設(shè)計(jì)中，如果電容并聯(lián)在電源線之間，電阻(ex. RB, RD)需要與電容(ex. CB, CIN)串聯(lián)。如果不串聯(lián)電阻，由于調(diào)光器觸發(fā)時(shí)電容的快速充電作用，將會出現(xiàn)較高的電壓和電流尖峰。電流尖峰將會破壞TRIAC調(diào)光器，特別當(dāng)多個(gè)LED燈泡并聯(lián)時(shí)尤為如此，因?yàn)閬碜悦總€(gè)LED燈泡的電流尖峰之和將會超過TRIAC調(diào)光器的額定電流。電流尖峰之后會出現(xiàn)電流振蕩，由于振蕩中會出現(xiàn)低于維持電流的負(fù)電流，還會引起調(diào)光燈誤觸發(fā)。電壓尖峰如果超出額定擊穿電壓，將會破壞外部器件。
無源泄放電路包括幾百nF的電容(CB)，用于提供擎住電流和維持電流。為了消除上述電壓與電流尖峰，有必要采用泄放電阻(RB)阻尼該尖峰。

1.1 無源泄放電容 (CB)的選擇

電容CB大小決定著保持TRIAC開通的泄放電流。對于TRIAC調(diào)光，電容CB越大，泄放電流較大，調(diào)光控制的穩(wěn)定性越高。圖5和圖6給出了較小與較大泄放電容時(shí)的電源電流。輸入電流(IIN)為來自二極管整流橋后的反激變換器的電流。在FL7730的功率因數(shù)校正作用下，IIN與電源電壓同相位。IB為泄放電流，電源電流(ILINE)為IIN 與IB之和。

ILINE 應(yīng)該高于擎住電流和維持電流，這是因?yàn)镮LINE 直接流過TRIAC調(diào)光器。在圖5中，觸發(fā)時(shí)的ILINE 不是足夠大，原因是CB較小。TRIAC 調(diào)光器將發(fā)生誤觸發(fā)，如圖3所示。在圖6中，在調(diào)光器觸發(fā)時(shí)，ILINE 足夠高，原因是CB較大，這樣可以保持TRIAC正常的導(dǎo)通狀態(tài)，如圖2所示。因此，由于可以提供更高的IB，CB較大時(shí)的調(diào)光器觸發(fā)效果優(yōu)于CB較小時(shí)。

但是，CB較大時(shí)也有一個(gè)不足，對功率因數(shù)（PF）、總諧波畸變率（THD）和效率產(chǎn)生影響。表1 中給出了CB 在100nF～200nF之間變化時(shí)的性能比較?？梢?，CB對PF和RB功耗的影響較為嚴(yán)重。相比100nF CB，220nF CB 嚴(yán)重地降低了PF，增加了RB功耗，其原因是CB的充電與放電電流過大。

因此，對于無源瀉放電路，在選擇CB時(shí)，應(yīng)該在TRIAC 調(diào)光控制和PF大小之間權(quán)衡利弊。尤其對于要求高功率因數(shù)的高壓燈泡應(yīng)用。權(quán)衡這兩個(gè)因素，確定合理的CB 是一個(gè)挑戰(zhàn)。在選擇CB時(shí)，第一步是，檢查調(diào)光器觸發(fā)時(shí)的IB。通過改變CB大小，校驗(yàn)在調(diào)光器觸發(fā)時(shí)是否出現(xiàn)由于IB不足引起的誤觸發(fā)。在調(diào)光器觸發(fā)中沒有出現(xiàn)工作異常的CB選擇范圍內(nèi)，選擇較小的CB，可以獲得較高的PF和效率。EMI不受CB的影響，這是由于RB與之串聯(lián)，阻斷了CB對噪聲的濾波。

1.2 無源泄放電阻 (RB)的選擇

RB 起到阻尼作用，可以抑制由于觸發(fā)時(shí)CB快速充電引起的尖峰電流。圖7 給出了RB過大時(shí)的電源電流。太大的RB可以顯著地阻尼IB，導(dǎo)致IB在觸發(fā)時(shí)低于擎住電流，在受到觸發(fā)后，TRIAC調(diào)光器會出現(xiàn)誤觸發(fā)，出現(xiàn)可見閃爍。

圖8 給出了RB過小時(shí)的電源電流。RB過小，不能完全阻尼IB，發(fā)生電流振蕩。振蕩電流波動(dòng)低于負(fù)的IB，引起TRIAC調(diào)光器的誤觸發(fā)，出現(xiàn)可見閃爍。

RB關(guān)于選擇的另外一種考慮是功耗。表2中給出了采用兩種不同瀉放電阻時(shí)的系統(tǒng)性能比較。在系統(tǒng)的指標(biāo)中，RB不影響PF和THD。可見，RB越大，引起自身的功耗就越大。

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