解析兩款常見(jiàn)LED照明調光控制解決方案

LED照明以其發(fā)光效率高，使用壽命長(cháng)，亮度控制簡(jiǎn)單和環(huán)保的優(yōu)勢，迅速受到廣大用戶(hù)的歡迎。作為新型的節能光源，LED燈具會(huì )逐步地取代傳統的白熾燈泡。LED照明的不斷普及對調光和控制技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求。當前用戶(hù)主要關(guān)心的是，LED燈具必須要使用安全、重量輕、壽命長(cháng)、不影響用戶(hù)健康，并可適用于現有的調光設備以及可以承受的價(jià)格。

　　要滿(mǎn)足用戶(hù)的愿望，就要求驅動(dòng)電源轉換效率高、輸出電流紋波低、無(wú)光耦設計，并且在接入任何調光器，無(wú)論是支持或者不支持的型號，都要保證燈具的安全性能。這對LED的驅動(dòng)電源提出了極大的挑戰。越來(lái)越多的LED燈具廠(chǎng)商意識到，傳統的驅動(dòng)方式很難同時(shí)兼顧到所有的要求，無(wú)法大量推廣LED燈。數字電源技術(shù)突破了傳統方案的局限性，可以對用戶(hù)的要求進(jìn)行整合和優(yōu)化，為LED驅動(dòng)和調光控制提供一個(gè)完整的解決方案。本文針對LED燈的具體設計問(wèn)題來(lái)討論數字技術(shù)的優(yōu)勢和解決問(wèn)題的方法。

　　LED驅動(dòng)技術(shù)

　　高效率無(wú)光耦轉換LED的驅動(dòng)電路把能量從交流電網(wǎng)轉換為本身發(fā)光所需的直流形式。能量在轉換的過(guò)程中會(huì )有損耗。轉換效率越高，損耗越小，對驅動(dòng)部分散熱的要求也越低。絕大多數LED燈采用灌膠和鋁散熱器來(lái)解決散熱問(wèn)題。對用戶(hù)而言，高效率的驅動(dòng)方案可以降低驅動(dòng)電路的散熱成本，減輕LED燈的重量。降低電路溫升還有利于提高LED燈的使用壽命。傳統的隔離驅動(dòng)方案利用光耦傳遞二次側的電流信號給一次側控制器來(lái)維持穩定的輸出電流。二次側檢測電路增加了驅動(dòng)電路的復雜性、成本和損耗。光耦的使用還降低了可靠性。因此，主流的LED燈生產(chǎn)廠(chǎng)家都開(kāi)始采用無(wú)光耦的原邊反饋技術(shù)。當前，數字原邊反饋技術(shù)已經(jīng)成熟并且得到了廣泛應用。數字控制可以實(shí)現無(wú)光耦反饋的輸出電流的精確控制。利用變壓器反饋波形，數字技術(shù)還可以實(shí)現波谷開(kāi)通來(lái)提高轉換效率。

　　a無(wú)光耦精確電流控制

　　圖1(a)顯示一個(gè)原邊反饋的反激變換器。一次側和二次側的電流波形顯示在圖1(b)中。平均輸出電流Iout=1/2XXXX，這里Isp是變壓器副邊繞組的峰值輸出電流；Trst是變壓器磁恢復時(shí)間；Tprd是開(kāi)關(guān)周期。在理想情況下，原邊峰值電流Ipp=XXXX，其中Np和Ns是原邊和副邊繞組匝數。因此，輸出電流Iout=XXXXXX?，F在假定Iset是設計輸出電流，數字控制器可以通過(guò)控制原邊峰值電流Ipp=XXXXX來(lái)獲得所需的輸出電流?！　?strong style="word-break: break-all; ">b波谷開(kāi)通控制

　　波谷開(kāi)通的主要目的是獲得高效率。圖2是MOSFET關(guān)斷以后耦合到變壓器輔助繞組上的電壓波形。如圖2所示，變壓器在T1時(shí)間點(diǎn)完成磁恢復。然后磁化電感和MOSFET漏級雜散電容開(kāi)始諧振。如果MOSFET的開(kāi)通正好處在漏源電壓諧振的谷底T3，就可以達到最低開(kāi)關(guān)損耗。同時(shí)電磁干擾的減小有利于提高輸入濾波器的效率。利用數字技術(shù)對輔助繞組上的電壓波形作分析，可以非常簡(jiǎn)單的實(shí)現波谷開(kāi)通的功能。低電流紋波設計LED照明不僅需要精確和穩定的電流，還要求電流的紋波非常低。

　　科學(xué)家研究表明，低于165Hz的閃爍，不管來(lái)自可見(jiàn)光還是不可見(jiàn)光，都有可能引起偏頭痛或者視覺(jué)不適。低于70Hz的閃爍甚至會(huì )對少部分人引發(fā)癲癇。因此，美國電氣和電子工程師協(xié)會(huì )(IEEE)正在制定相關(guān)標準來(lái)引導對人體健康無(wú)危害的LED照明驅動(dòng)的設計。一個(gè)輸入呈阻性的電源系統內部一定要存在儲能元件，當輸入電壓低的時(shí)候可以提供能量給負載。如果能量進(jìn)行單次轉換又要求輸入呈阻性，其需要非常大的輸出電容來(lái)降低負載的電流紋波。如果能量進(jìn)行二次轉換可以解決這個(gè)問(wèn)題。通常的二次轉換形式是結合Boost輸入級和反激式輸出級。輸入級主要控制驅動(dòng)電源的輸入阻抗。反激式電源提供低紋波輸出電流。二次轉換控制的復雜性很高。特別是當接入調關(guān)器的時(shí)候還需要協(xié)調輸入級和輸出級的能量平衡。圖3是常用的二次轉換系統結構。傳統的二次轉換控制方案需要同時(shí)得到輸入電壓Vin、Boost電流IL、中間電容上的電壓Vbulk、反激式原邊電流Ip以及電壓的反饋Vout，控制成本很高，因此很難得到廣泛應用。數字控制技術(shù)提供了簡(jiǎn)單的一次側反饋方法，還可以預測中間電容電壓，因此只需要檢測輸入電壓Vin并解析變壓器反饋信號就能實(shí)現完整的二次轉換控制。大大簡(jiǎn)化了系統的控制成本。

　　全面的驅動(dòng)保護在LED燈具的設計，生產(chǎn)和使用的過(guò)程中，驅動(dòng)電源有可能面對LED負載的短路、開(kāi)路，驅動(dòng)電源板的短路、虛焊，接插件的錯接、反接等等問(wèn)題。全面的驅動(dòng)保護可以簡(jiǎn)化LED燈具的設計和生產(chǎn)，延長(cháng)使用壽命，降低生產(chǎn)成本。對系統狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測并做出精確判斷是數字控制的一個(gè)長(cháng)處。數字控制可以快速地實(shí)現：

　　*LED負載的開(kāi)路保護

　　*LED負載的短路保護

　　*LED負