LED驱动器无闪烁的调光控制设计

关键词： LED , 调光 , 控制 , 驱动器 , 无闪烁

　　1 LED照明设计带来的挑战

　　目前，全球照明行业的数字革命正在到来，高效节能的LED灯将取代白炽、M16卤素灯和CFL灯泡。但近段时间LED照明设计人员的工作面又临新的挑战，那就是同时满足既可用针对白炽灯与M16卤素灯的LED驱动器来实现调光控制功能，又要实现高功率因数无任何闪烁的调光控制的的新要求，尤其是要兼容现有的基础架构，其中包括切角调光和电子变压器调光支持无闪烁调光的设计。
　　应该说，调光是照明系统非常常见的功能，相对于对于白炽灯或M16卤素灯来说，它可以以低成本轻易实现，但对于LED灯的调光而言却存在一定难度，尤其是要实现无任何闪烁的调光控制。通常对建筑与用户来说要将白炽灯或M16转换到用LED照明其最有余悸的是惟恐失去调光控制应用上的优势，即应无任何闪烁。当然，其中功率因数也是非常重要的因素，因为高功率因数可降低配电纲络的损耗与减少浪费。因而国内外各地的监管机构都在进一步严格它们的功率因数规范，例如，能源之星固态照明能效规范规定，住宅照明产品的功率因数应大于0.7，商用照明产品的功率因数应大于0.9.由此 LED灯泡和灯具制造商正在对这些要求做出响应，要求LED驱动电路能适合各种调光单元，具有高效率并且功率因数（PF）》0.9，使其产品具有高的通用性。
　　由此如何应对LED照明设计带来的挑战，以满足新要求就成为制造厂商与设计人员及消费者迫切关注的问题。据此，本文将对LED照明应用中实现高功率因数性能的无任何闪烁的调光控制技术与构建等问题作研讨，并以应用多项控制器构建的LED驱动器与高集成MOSFET LED驱动器2种高功率因数无任何闪烁的调光控制为例作重点分析。

　　2 应用多项控制器构建的LED驱动器是一种专用恒流LED负载的反激式电源

　　为此先从调光控制器的基本理念述起。
　　2.1可控硅调光器在LED照明应用中存在问题
　　*可控硅调光器（见图1（a）所示）。它是应用切相原理，减少VRMS来降低普通负载（电阻负载）的功率，工作效率较高性能稳定。

　　

2011-11-16 18:30:34 上传

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　　所以它是LED照明常用方法，见图1（b）所示可控硅调光器与LED驱动器配合架构示意。

　　

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　　图1（b）中可控硅调光就是在芯片中或者应用电路中当切相电源时，以提取导通角信息，并根据该信号控制来控制LED的驱动电流，来得到调光的效果。然而可控硅调光器在LED照明应用中却有闪烁、发光不均匀、音频噪声以及闪动现象。其因有二：笫一是可控硅调光的100Hz频闪存在。因为电网的工频是50/60Hz，切相波形整流后，就是可以得到一个100/120Hz的脉冲信号。这样就可以直接用来产生调光的PWM信号。而实际应用中，只要有任何轻微的电压波动，电流变化，都会影响脉冲的占空比，这样就相当于一个100/120Hz的闪烁，而对白炽灯没有这个问题？是因为灯泡钨丝的物理惰性使得人不易感觉到；笫二是可控硅调光器的调光控制是通过改变可控硅导通每个半周期的相位角来实现的，为维持可控硅的稳定工作，它的重要参数之一维持电流（IH） 是不能为零（其典型值在8mA到40mA之间）。它在驱动白炽灯时，该IH维持电流不是问题，然而，在驱动高效LED时，在灯熄灭时无法保持维持电流不出现同题。尤其在有振荡情况下，就更容易出现闪烁、发光不均匀、音频噪声以及闪动现象。如果振荡导致电流降到IH（8mA~40mA）以下，可控硅将关断，其结果是在同一输入线路周期内多次重启可控硅，则LED灯频频发生闪烁。
　　*从提高LED驱动器负载能力入手是抑制闪烁的关键
　　可控硅调光的100Hz频闪-解决方法：不能直接把切相波形直接来调光，需要把凋制信号频移至更高的频段，使人看不出来闪烁。驱动控制器芯片把调光的信号调至几KHz更高的频段。
　　关于可控硅调光的负载问题 可控硅调光器要稳定工作，就需要有稳定的IH来保障调光器工作。为解决可控硅调光负载过热，就需要应用信号滤波技术，把截取进来的导通角信号进行整形滤波，让提高调光信号的可用性；为解决负载不足时的颤动，需要加入信号平滑及锁相技术，把相邻两个导通角信号平滑锁定。就可以大大的减少闪烁情况的发生。
　　为避免出现可控硅调光相关的问题，LED驱动器必须满足LED负载各种不同的要求，同时还得与白炽灯设计的调光电路实现兼容。用于替换标准白炽灯的LED灯通常包含多个LED，确保提供均匀的光照。这些LED以串联方式连接在一起。每个LED的亮度由其电流大小决定。LED的正向电压降约为3.4V，但通常介于2.8V到4.2V之间（±20%）。尽管负载变化较大，但LED灯串仍须由恒流电源提供驱动，因此必须对电流进行严格控制，以确保相邻LED灯之间具有高匹配度。LED灯要想实现可调光，其电源必须检测可控硅控制器的可变相位角输出，并利用该信息来改变LED的恒流驱动。
　　2.2恒流LED负载的反激式电源的构建
　　应该说如今有多种类型控制器可以构建恒流LED驱动电源-LED负载的反激式电源。在此仅以集成多项控制器LinkSwitch.-PH构建的LED驱动器为例作分析。
　　2.2.1 应用多项控制器构建的LED驱动器是一种专用恒流LED负载的反激式电源
　　图2所示为使用最新器件LinkSwitch.-PH控制器设计的反激式电源架构，它是专用于恒流LED负载的反激式电源。LED驱动用恒流源有助于保证LED在发光的工作时间段光线亮度一致、不闪烁。