LED可控硅調光原理及問(wèn)題

　　可控硅導通時(shí)，AC市電電壓幾乎同時(shí)施加到LED燈電源的LC輸入濾波器。施加到電感的電壓階躍會(huì )導致振蕩。如果調光器電流在振蕩期間低于可控硅電流，可控硅將停止導電?？煽毓栌|發(fā)電路充電，然后重新導通調光器。這種不規則的多次可控硅重啟動(dòng)，可使LED燈產(chǎn)生不需要的音頻噪聲和閃爍。設計更為簡(jiǎn)單的 EMI濾波器有助于降低此類(lèi)不必要的振蕩。要想實(shí)現成功調光，輸入EMI濾波器電感和電容還必須盡可能地小。

　　振蕩的最差條件表現為90 度相位角(這時(shí)，輸入電壓達到正弦波峰值，突然施加到LED燈的輸入端)，并且為高輸入電壓(這時(shí)，調光器的正向電流達到最低水平)。當需要深度調光(比如相位角接近180度)且為低輸入電壓時(shí)，則會(huì )發(fā)生過(guò)早關(guān)斷。要可靠地調低光度，可控硅必須單調導通，并停留在A(yíng)C電壓幾乎降至零伏的點(diǎn)上。對于可控硅來(lái)說(shuō)，維持導通所需的維持電流通常介于8 mA到40 mA之間。白熾燈比較容易維持這種電流大小，但對于功耗僅為等效白熾燈10%的LED燈來(lái)說(shuō)，該電流可降低到可控硅維持電流以下，導致可控硅過(guò)早關(guān)斷。這樣就會(huì )造成閃爍和/或限制可調光范圍。

　　在設計LED照明電源時(shí)還有許多其他問(wèn)題構成挑戰。能源之星固態(tài)照明規范要求商業(yè)和工業(yè)應用的最小功率因數必須達到0.9，照明產(chǎn)品必須滿(mǎn)足效率、輸出電流容差和EMI的嚴格要求，并且電源還必須在LED負載發(fā)生短路或開(kāi)路的情況下作出安全響應。

　　4.LED調光實(shí)用方案

　　Power Integrations (PI)最近所取得的技術(shù)進(jìn)展為如何解決LED驅動(dòng)和可控硅的兼容性問(wèn)題提供了參考范例。圖3是PI開(kāi)發(fā)的可控硅調光的14 W LED驅動(dòng)器的電路圖。

　　圖3 隔離式可控硅調光的高功率因數通用輸入14 W LED驅動(dòng)器的電路圖

　　本設計采用了LinkSwitch-PH系列器件LNK406EG (U1)。LinkSwitch-PH系列LED驅動(dòng)器IC同時(shí)集成了一個(gè)725 V功率MOSFET和一個(gè)連續導通模式初級側PWM控制器?？刂破骺蓪?shí)現單級主動(dòng)功率因數校正(PFC)和恒流輸出。LinkSwitch-PH系列器件所采用的初級側控制技術(shù)可提供高精度恒流控制(性能遠優(yōu)于傳統的初級側控制技術(shù))，省去了隔離反激式電源中常用的光耦器和輔助電路(即次級側控制電路)，同時(shí)控制器中的PFC部分還省去了大容量電解電容。

　　LinkSwitch-PH系列器件可設置為調光或非調光模式。對于可控硅相位調光應用，可在參考(REFERENCE)引腳上使用編程電阻(R4)和在電壓監測(VOLTAGE MONITOR)引腳上使用4 MΩ (R2+R3)電阻，使輸入電壓和輸出電流之間保持線(xiàn)性關(guān)系，從而擴大調光范圍。

　　連續導通模式具有兩大優(yōu)勢：降低導通損耗(從而提高效率)和降低EMI特征。EMI特征降低后，使用較小的輸入EMI濾波器即可滿(mǎn)足EMI標準?？墒∪ヒ粋€(gè)X電容，并省去共模扼流圈或減小其尺寸。LinkSwitch-PH器件中內置的高壓功率MOSFET開(kāi)關(guān)頻率抖動(dòng)功能還可進(jìn)一步降低濾波要求。輸入EMI濾波器尺寸減小意味著(zhù)驅動(dòng)電路的電阻性阻抗隨之減小，其重要好處就是能大幅降低輸入電流振蕩。由于 LinkSwitch-PH由其內部參考電源供電，因此可進(jìn)一步增強穩定性。對于可調光應用，增加主動(dòng)衰減電路和泄放電路可確保LED燈在極寬的調光范圍內穩定工作，且無(wú)任何閃爍。

　　恒流控制允許有±25%的電壓擺幅，這樣就無(wú)需根據正向電壓降對LED進(jìn)行編碼，并且±5%的差異仍可確保一致的LED亮度。

　　5.結束語(yǔ)

　　這個(gè)14 W LED設計實(shí)現了與標準前沿可控硅AC調光器兼容、極寬調光范圍(1000:1，500 mA:0.5 mA)、高效率(> 85%)和高功率因數(> 0.9)的目標。它說(shuō)明與LED燈可控硅調光相關(guān)的問(wèn)題是可以克服的，甚至可以簡(jiǎn)化驅動(dòng)器設計，使可調光LED燈更具成本效益，且達到一致和可靠的性能。