淺談數字電源技術(shù)推動(dòng)LED照明發(fā)展

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?？茖W(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 負載的過(guò)熱保護

LED 燈的限功率控制

控制器的各管腳的開(kāi)路和短路保護

2 調光技術(shù)

2.1 動(dòng)態(tài)的調光器阻抗配合

傳統的調光器主要用于驅動(dòng)純電阻負載，包括前沿切相調光器，后沿切相調光器和智能調光器等等。由于負載是白熾燈，傳統的調光器功率都在200W- 600W。LED 驅動(dòng)電源的特性正好相反--小功率，容性負載。為了能夠兼容這些調光器，LED驅動(dòng)電源必須提供阻性或者是類(lèi)阻性的負載才能使調光器穩定工作。利用功率電阻直接提供阻性負載是一種傳統的解決方案。這種方式的調光效果好，但是其主要問(wèn)題是效率低。這與LED燈高效率的優(yōu)勢背道而馳。另外一種常見(jiàn)的方案是利用功率因數整流技術(shù)，使輸入電流跟隨輸入電壓變化，因而提供類(lèi)阻性負載。這種方案往往適用于高功率LED驅動(dòng)應用上。對于普及的小功率家用和商用LED驅動(dòng)，其問(wèn)題是輸入阻抗往往過(guò)高，特別是調光器和驅動(dòng)部分EMI 抑制元件的相互作用往往使得其無(wú)法保證有足夠大的輸入電流去維持可控硅的穩定工作。如果調光信號處理不好就會(huì )造成LED 閃爍。

數字控制技術(shù)可以靈活地結合功率因數整流技術(shù)和動(dòng)態(tài)阻抗匹配方法。當控制器檢測到調光器存在的情況下，根據調光器輸出的相位角，控制器提供匹配的阻抗來(lái)維持可控硅的導通。在控制相位角判斷完成以后，控制器可以利用高阻抗來(lái)關(guān)斷可控硅，同時(shí)通過(guò)功率因數整流技術(shù)來(lái)維持輸入的波形。圖4 所示后切和前切調光器波形。OUTPUT（TR）是Boost 驅動(dòng)控制。例如當檢測到后切波形時(shí)，Boost 驅動(dòng)完全打開(kāi)，快速地泄放輸入端電荷；相反，當前切調關(guān)器可控硅關(guān)斷后，Boost 驅動(dòng)則緩慢地泄放輸入端電荷。在這兩種情況下，輸入的相位都可以得到完整地恢復。目前市場(chǎng)上很多控制器都要求可控硅導通一個(gè)完整的交流周期，對提高調光的效率非常不利。利用數字技術(shù)可以大大降低調光的損耗，符合綠色照明的宗旨。