采用单级离线驱动器的远程变光LED

　　变光LED驱动器在低光量时会出现光输出稳定性问题，本文将探究这个问题的根源，并提出一个解决方案。本文不讨论双向晶闸管的变光技术，因为低光量不稳定性是因为不同的机制造成的。使用通信技术设定LED电流的变光方法包括DALI、0-10V、Zigbee和电力线载波控制。

　　LED驱动器端收到一个信号，并用其设置参考电流，同时控制环路调整LED电流，使其符合参考电流。只有控制精度很高，才能确保相邻灯具的亮度相同。低光量时出现的闪烁和弱光现象令设计人员困惑不解。

　　单级功率因数校正

　　如果使用两级功率转换器，就再出现低光量不稳定现象。第一级（升压或PFC-反激式）建立较稳定的电压，第二级（通常是降压逆变）精密调节LED内的电流。因为需要使用更多的元器件，双级解决方案的能效不如单级转换器好。出成本考虑，LED厂商通常选用单级PFC-反激式转换器。

　　问题

　　变光应至少在20区间内，提供这个光量范围，白炽灯没有任何问题，在低光功率时，白炽灯的能效大幅降低，20光量区间所需的功率范围比较窄。如果提供40%的电压或电流，光输出将会降到大约1%。市场期望LED解决这个难题。

　　LED的线性响应比白炽灯好很多，在低电流时，能效反而更高。人眼可辨别相邻光源之间5%的差异度，只对以百分比表示的差异度反应，而绝对光量不会引起人眼反应。这需要严密控制电流，在低光量时，控制精度要求更高。如果需要调节到全输出的1%，则不能使用一次侧控制。

　　与白炽灯不同，LED没有自过滤机制。白炽灯灯丝的热容量是一个很好的交流滤波器，而LED则需要外置滤波电路。常用解决方案是直接在LED上连接一个大型电解电容，而且滤波效果良好。

　　电解电容的容量根据光纹波的要求来确定。如果纹波电流小于10%rms（大约28%p-p），人眼感觉光线质量与纯直流一样。（此外，如果纹波电流高于10%，能源之星标志要求在灯上做出声明。）

　　LED有一个动态电阻（斜率电阻），其大小为视在V/I电阻的1/10左右。图2所示是典型LED的V-I曲线。

　　因此，如果纹波电流小于10%RMS，电容必须将LED上的电压控制在1%以内。所需的数值是：

　　不幸的是，电容还是控制环路的一部分。电容和LED动态电阻将控制环路极点设为大约30Hz。因此，在这个频率上，电容增加45度相位滞后，使环路增益降低6dB。我们稍后讨论这个问题。下图详细描述了仅因为LED控制环极性点而起的增益和相移。

　　注意，LED的动态阻抗随着电流降低而升高。不幸地是，这使得控制环极点移至左侧。在10%电流时，转折频率大约3Hz。在1%电流时，转折频率约为0.3Hz。注意，对于PFC级，典型控制环路有一个3Hz到20Hz的交叉频率。

　　设计一个极点在这个范围内可移动的控制环路是不合理的。唯一可行的解决方案是交叉频率在0.03~0.1Hz的设计，但是控制环路将会变得非常迟缓。