智能數字功率控制器優(yōu)化LED調光系統

全球氣候暖化危機和能源緊缺在進(jìn)一步推動(dòng)LED照明的普及，LED照明具有環(huán)保、光效高和壽命長(cháng)的特點(diǎn)，但在完全取代具有墻上型調光器的白熾燈方面，LED照明還存在兼容性差的先天不足。其主要原因在于：1)現有的調光器都是針對白熾燈設計的，而白熾燈呈現的是純阻性；LED作為固態(tài)半導體照明器件，需要恒定的直流電流驅動(dòng)，所以L(fǎng)ED照明一般都需要驅動(dòng)器從交流110V/220V轉換到所需要的直流電流；2)調光器種類(lèi)繁多，而且工作原理各不相同，包括前切型、后切型和智能型等；3)LED照明器的種類(lèi)也很多。這樣一來(lái)，對于不同的LED照明匹配不同類(lèi)型的調光器；LED的驅動(dòng)器面臨巨大挑戰；其中，可靠性和安全性尤為重要。照明屬于消費電子產(chǎn)品，直接接觸千家萬(wàn)戶(hù)的消費者，不僅價(jià)格要適當，更重要的是要安全可靠；即便是任一元器件失效或調光器與LED不匹配，也不能造成漏電、過(guò)熱、過(guò)流等任何安全故障。

針對LED照明市場(chǎng)的發(fā)展，多家IC制造商推出了應用于調光LED燈具的驅動(dòng)方案。本文介紹的iW3610是兼容傳統前后切相式調光器的數字控制器，可自動(dòng)識別切相調光器，配合不同的工作模式，使整個(gè)系統始終工作在優(yōu)化狀態(tài)。

LED照明驅動(dòng)器的設計要點(diǎn)

LED是一種單向電流型固態(tài)半導體發(fā)光器件，它是傳統二極管的一個(gè)分支；因此LED也具有二極管的特性：1)工作結溫必須在規定的范圍內，以保證其正常工作壽命；2)只有當其承受的電壓超過(guò)正向電壓時(shí)，LED才開(kāi)始有電流通過(guò)，并發(fā)光；作為發(fā)光器件，LED照明還具有其它特性：

1)照明要求：a.電流的調節精度要高；b.沒(méi)有閃爍和眩光；c.電流的紋波要穩定。

2)散熱設計要點(diǎn)：a.非隔離驅動(dòng)器便于散熱器的設計和成本控制；b.高效率的驅動(dòng)器，減少功率耗散；c.過(guò)熱調節，調節輸出光通量當溫度超過(guò)安全結溫時(shí)。

3)安全可靠性要點(diǎn)：a.任一器件發(fā)生故障(短路、開(kāi)路、浮動(dòng))均應導致LED照明的關(guān)斷保護；b.可靠的過(guò)熱過(guò)流保護；c.LED開(kāi)路和短路保護。

當然，要普及LED照明到千家萬(wàn)戶(hù)，成本是最重要的考慮因素，LED產(chǎn)品既要可靠還要體積小巧，并且高效、低成本。

LED調光照明應用中的難點(diǎn)

相比于傳統的白熾燈，LED照明具有環(huán)保、光效高和壽命長(cháng)的優(yōu)點(diǎn)。但在完全取代帶有入墻式調光器的白熾燈方面，LED照明尚存在兼容性差的缺點(diǎn)。傳統的調光器用于驅動(dòng)純電阻負載，調光器種類(lèi)繁多，包括前沿切相調光器、后沿切相調光器、智能調光等等，而且功率都比較大(200W~600W)，需要提供阻性或類(lèi)阻性的負載才能使調光器穩定工作；當連接容性負載時(shí)，調光器可能無(wú)法正常工作。

針對可控硅切相調光器，憑借簡(jiǎn)單的泄放電路(BLEEDER)去配合規格各異的可控硅調光器工作，很難讓人滿(mǎn)意。傳統調光器功率都比較大(200W~600W)，可控硅需要一定的保持電流維持其導通，而在小功率的LED驅動(dòng)應用上，一般不能保證有足夠大的輸入電流去維持可控硅穩定工作。這樣就有可能出現多次導通，因而供給LED驅動(dòng)的電壓及切相信號就不穩定，如果調光信號處理不好則會(huì )造成LED閃爍。

另外，在歐美市場(chǎng)上，后沿切相型的調光器和鹵素燈也有廣泛應用。鹵素燈需要電子變壓器進(jìn)行恒壓控制及軟啟動(dòng)以提高可靠性，但是鹵素燈發(fā)光效率也遠不如LED燈，因此很多使用者也很想選用可調光的LED去替換鹵素燈及電子變壓器。

由于后沿切相的調光器需要和電容性的電子變壓器匹配，它的設計和工藝較普通的可控硅調光器更為復雜，內部有精準的時(shí)間常數電路去控制場(chǎng)效應管的關(guān)斷而達到后沿切相的效果，還需要穩定的電壓供這些電路工作；因為這種調光器中使用的開(kāi)關(guān)器件是場(chǎng)效應管，一般都會(huì )并聯(lián)上較大值的X電容以保護場(chǎng)效應管，這樣就加大了在正弦波下降沿切相時(shí)的檢測難度。因此，針對后沿切相調光器設計的LED驅動(dòng)，既要能夠在任何切相位置保證調光器內部電路工作，又要能夠提供很低的阻抗去準確檢測切相位置，而且不能影響LED驅動(dòng)的轉換效率。

智能數字調光控制器iW3610

iWatt公司推出的數字調光控制芯片采用高精度的初級恒流控制方式，無(wú)需光藕合器和元件繁多的次級反饋控制元件；功率轉化操作頻率高達200kHz，利于小體積高功率密度設計；特有的斬波式調光器的檢測技術(shù)，也改善了功率因數和諧波電流；輸出紋波電流小，優(yōu)化了LED的發(fā)光效率；內置多重保護，外置NTC的程序化過(guò)溫保護。

iW3610的斬波電路就是針對可控硅和場(chǎng)效應管調光器的特性而設計。如圖4所示，RcLcQcD1D2組成的電路既可以使調光器穩定工作，又可以通過(guò)Boost電路改善功率因數，IC內部的數字電路通過(guò)檢測電壓的變化率判斷切相信號的類(lèi)別，從而智能化判斷其所配合的調光器。

當iW3610檢測到可控硅切相的調光信號后，將工作在前沿切相模式。如圖5所示，當可控硅關(guān)斷時(shí)，IC的Output_TR是高電位，使MOSFET導通，相當于把BLEEDER電阻連接在調光器的輸出端，因為BLEEDER的阻抗大小與常規的鎢絲燈相當；當可控硅導通時(shí)，Ouput_TR會(huì )輸出一組高頻的控制信號，斬波電路工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，斬波電路從輸入端吸取較多的電流，以維持可控硅工作；吸取的能量大部分通過(guò)Boost電路傳遞給初級電容。IC針對不同的輸入切相信號調整斬波電路的工作時(shí)間，避免了可控硅的多次導通。

當iW3610檢測到場(chǎng)效應三極管調光器時(shí)會(huì )工作在后沿切相模式。如圖6所示，當調光器內部的場(chǎng)效應三極管導通時(shí)，IC的Output_TR給出的是一組高頻控制脈沖信號，斬波電路工作在Boost狀態(tài)，當IC檢測到調光器內的場(chǎng)效應三極管截止時(shí)，Output_TR會(huì )跳變成高電平信號，斬波電路中的Qc導通，LED驅動(dòng)呈低輸入阻抗以還原交流輸入的切相波形。