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LED燈泡可調(diào)光的方案解析

發(fā)布時間:2014-10-11 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】市場上可調(diào)光的LED燈,由于調(diào)光器和電路負(fù)載不同,LED燈的性能各異,燈光調(diào)光不均衡和閃爍現(xiàn)象層出不窮。之所以出現(xiàn)種種現(xiàn)象是因為大部分調(diào)光器運(yùn)用雙向晶閘管二線前沿切向電路。調(diào)光器電路種類繁雜,不同特性的器件以及不同的控制電路和濾波元件,達(dá)到的效果也就不同。調(diào)光器電路種類繁雜,不同特性的器件以及不同的控制電路和濾波元件,達(dá)到的效果也就不同。
 
LED燈的驅(qū)動器電路將交流輸入電源轉(zhuǎn)換為低壓直流電源,并維持一個穩(wěn)定電流,驅(qū)動高亮度LED負(fù)載獲得恒定光輸出。要想通過基于雙向晶閘管的調(diào)光器來調(diào)節(jié)基本的LED驅(qū)動器電路,就必須額外添加一些元器件來實現(xiàn)穩(wěn)定的調(diào)光器運(yùn)行,并根據(jù)調(diào)光器相位角來調(diào)節(jié)輸出電流。由于調(diào)光器差異較大,所連接的LED調(diào)光電路性能也有所不同。由于現(xiàn)在還未出臺明確標(biāo)準(zhǔn)來劃分帶有調(diào)光器的LED燈泡的性能,使這一問題變得更加復(fù)雜。至多會有一些燈泡制造商提供調(diào)光器列表,列明他們認(rèn)為可與其產(chǎn)品兼容的調(diào)光器。
  
大部分LED燈泡使用的驅(qū)動電路都包含降壓、升降壓或反激式轉(zhuǎn)換器。在各種情況下,都可通過修改基本電路來實現(xiàn)可接受的調(diào)光性能,同時不會增加器件的成本和復(fù)雜性。這樣就可以提升可調(diào)光驅(qū)動器的性能,進(jìn)而滿足消費(fèi)照明市場的成本節(jié)約要求。
  
兼容性的問題在于TRIAC調(diào)光器電路如何與LED驅(qū)動器輸入電路進(jìn)行交互。

圖1所示的雙向觸發(fā)電路若想要按照設(shè)計目標(biāo)運(yùn)行,還需要一條電阻性路徑至中性點。如果改為電容性負(fù)載,這一電路將無法正常運(yùn)行,并導(dǎo)致周期轉(zhuǎn)換時出現(xiàn)不穩(wěn)定觸發(fā)的情況,具體表現(xiàn)為輸出的光不停閃爍。調(diào)光器和LED驅(qū)動器中的EMI濾波器,還會由TRIAC啟動時的高dv/dt引起振鈴振蕩。單級LED驅(qū)動器示例電路(圖2)取代了圖1中代表白熾燈的電阻性負(fù)載。盡管這一電路由于在穩(wěn)定運(yùn)行時的高功率因數(shù)模擬了電阻性負(fù)載,但其前端也包括了EMI濾波所必需的電容器。此外,LED燈泡所消耗的功率比同等白熾燈的25%還要少。結(jié)果就是,在TRIAC觸發(fā)前,調(diào)光器在交流線路半周期中主要承受電容性負(fù)載。
 
LED燈泡可調(diào)光的方案解析
圖1:典型的調(diào)光器原理圖
 
LED燈泡可調(diào)光的方案解析
圖2:基本的LED驅(qū)動器電路框圖
 
振蕩幅度達(dá)到一定程度時,會導(dǎo)致電流降至“保持電流”以下,從而使TRIAC關(guān)閉,而無法在下一次線路過零之前維持TRIAC導(dǎo)通。這一情況通常會由于觸發(fā)電路重觸發(fā)TRIAC,導(dǎo)致其在單個線路半周期中多次開和關(guān)。除了給元器件造成應(yīng)力并很可能破壞調(diào)光器或LED驅(qū)動器之外,這將導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的閃爍以及令人不悅的噪聲情況。

假設(shè)使用LED燈所適用的調(diào)光器來替代該調(diào)光器并不是理想的解決方案,那么可以通過修改LED驅(qū)動來解決上述問題,從而實現(xiàn)LED驅(qū)動與標(biāo)準(zhǔn)調(diào)光器的搭配使用。
 
LED燈泡可調(diào)光的方案解析
圖3:可調(diào)光LED驅(qū)動示意圖
 
示例電路(圖3)為單級LED反激式轉(zhuǎn)換器,同樣的技術(shù)也可用于升降壓或適應(yīng)性降壓轉(zhuǎn)換器。首先,必須在設(shè)計輸入濾波器時將輸入電容保持在最小值,這樣也有助于實現(xiàn)最佳的功率因數(shù)。
 
下一步介紹的是有源衰減器及無源泄放器電路。衰減電路在TRIAC觸發(fā)時會限制沖擊電流,從而極大地抑制振鈴,以至TRIAC保持導(dǎo)通狀態(tài)。短暫延時后,衰減電阻被一個小的MOSFET所旁路,以防止在余下的導(dǎo)通期間產(chǎn)生功率損耗。為將低功率驅(qū)動器成本降至最低,可忽略旁路MOSFET及其相關(guān)的驅(qū)動電路,但這會導(dǎo)致電阻器的散熱及相關(guān)的效率損失。
 
可使用無源泄放器電路代替一些調(diào)光解決方案中使用的有源泄放器。該串聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)從觸發(fā)點開始傳導(dǎo)電流,時間足夠開關(guān)轉(zhuǎn)換器開始抽取電流,這有助于確保電流在這一期間不會降至保持電流以下。以恒定導(dǎo)通時間運(yùn)行的反激式或升降壓轉(zhuǎn)換器作為接至直流總線的主要電阻性負(fù)載,可在下次線路過零前保持調(diào)光器TRIAC的導(dǎo)通狀態(tài)。轉(zhuǎn)換器需要抽取足夠多的電流,以保持在TRIAC保持電流之上。單級PFC反激式或升降壓轉(zhuǎn)換器通常可以實現(xiàn)這一目標(biāo)。
  
此處所述電路采用了IRS2983控制器IC,其運(yùn)行在電壓模式下。COMP輸入端上的直流電壓電平?jīng)Q定了開關(guān)周期的導(dǎo)通時間。因為控制器IC常與初級側(cè)調(diào)節(jié)一起使用以保持恒定的輸出功率,所以必須在這一輸入端上增加齊納二極管來鉗位COMP電壓。這就對最大導(dǎo)通時間設(shè)置了限制,以致在調(diào)光期間,當(dāng)直流總線電壓下降時,導(dǎo)通時間就無法增加來進(jìn)行補(bǔ)償。

結(jié)果就是,隨著調(diào)光器設(shè)置的降低及直流總線電壓的下降,輸出電流也會降低。這樣就可以在無需采用更復(fù)雜的電路來檢測調(diào)光器相位角或調(diào)節(jié)輸出的情況下,通過調(diào)節(jié)調(diào)光器控制將燈光亮度調(diào)節(jié)至低于20%。同時,必須在調(diào)光關(guān)閉期間釋放控制器VCC電源,以確保IC僅在所需時段運(yùn)行。為此使用了一個高壓二極管連接VCC與直流總線。

有源衰減器及無源泄放器電路也可與降壓轉(zhuǎn)換器一起使用,但結(jié)果取決于LED電壓。由于在線路電壓低于輸出電壓時轉(zhuǎn)換器無法抽取電流,相位調(diào)光運(yùn)行范圍將受到限制。出于這一原因,LED電壓最好保持較低,但也不能太低,否則電路將變得無效,需要使用過大的電感器。對于保持合理調(diào)節(jié)范圍的120VAC系統(tǒng),LED電壓最好是20V~40V。CCM降壓LED控制器IC(如IRS2980)可在不平滑的總線電壓始終高于LED總輸出電壓的同時,維持LED燈的平均電流調(diào)節(jié)。 

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