數(shù)字電源技術(shù)在LED照明方面的應(yīng)用

2 調(diào)光技術(shù)

2.1 動(dòng)態(tài)的調(diào)光器阻抗配合

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

數(shù)字控制技術(shù)可以靈活地結(jié)合功率因數(shù)整流技術(shù)和動(dòng)態(tài)阻抗匹配方法。當(dāng)控制器檢測(cè)到調(diào)光器存在的情況下，根據(jù)調(diào)光器輸出的相位角，控制器提供匹配的阻抗來維持可控硅的導(dǎo)通。在控制相位角判斷完成以后，控制器可以利用高阻抗來關(guān)斷可控硅，同時(shí)通過功率因數(shù)整流技術(shù)來維持輸入的波形。圖4 所示后切和前切調(diào)光器波形。OUTPUT(TR)是Boost 驅(qū)動(dòng)控制。例如當(dāng)檢測(cè)到后切波形時(shí)，Boost 驅(qū)動(dòng)完全打開，快速地泄放輸入端電荷;相反，當(dāng)前切調(diào)關(guān)器可控硅關(guān)斷后，Boost 驅(qū)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(fù)。目前市場(chǎng)上很多控制器都要求可控硅導(dǎo)通一個(gè)完整的交流周期，對(duì)提高調(diào)光的效率非常不利。利用數(shù)字技術(shù)可以大大降低調(diào)光的損耗，符合綠色照明的宗旨。

2.2 完美的用戶調(diào)光體驗(yàn)

用戶已經(jīng)習(xí)慣于白熾燈的調(diào)光，因此往往期待LED的調(diào)光性能接近甚至超過以往的體驗(yàn)。因此調(diào)光性能對(duì)于廣大用戶接受LED燈非常重要。調(diào)光性能的好壞完全取決于驅(qū)動(dòng)電源的控制。目前市場(chǎng)上的一些可調(diào)光的LED燈在很多方面無法滿足用戶的需要。比如說，如果多個(gè)LED燈連接在同一個(gè)調(diào)關(guān)器上，各個(gè)燈的亮度會(huì)有明顯的差別，這是調(diào)光的一致性。還有，用戶調(diào)光時(shí)，希望馬上看到調(diào)光的效果，但是又不希望看到突然的亮度跳躍甚至熄滅，這是調(diào)光的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。一些LED 燈的光照度隨著輸入電壓而變化，在一些電網(wǎng)電壓波動(dòng)比較大的地區(qū)就會(huì)影響用戶的使用。更重要的是，如果LED燈不能穩(wěn)定照明而是不停的閃爍，用戶是無法接受的。

很多LED燈利用平均輸入電壓或者近似均方根輸入電壓來控制輸出電流。如果每個(gè)LED燈對(duì)輸入電壓的檢測(cè)和判斷有差別，就會(huì)造成輸出光照的不一致。如果輸入電壓降低，檢測(cè)的平均電壓會(huì)降低，LED燈輸出光照就會(huì)減小。而利用數(shù)字技術(shù)則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)相位的的檢測(cè)。由于相位是一個(gè)時(shí)間量，輸入電壓的變化對(duì)相位的影響有限。因此，如果結(jié)合輸入電壓和相位的檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定并且一致的輸出光照。數(shù)字算法還可以檢測(cè)用戶調(diào)光的速度來預(yù)測(cè)可能的調(diào)光的位置，使得輸出電流快速的跟隨用戶的指令來變化。這樣平衡了調(diào)光的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和準(zhǔn)確性，防止了調(diào)光過慢或者光照的過調(diào)。使得用戶調(diào)光的體驗(yàn)接近傳統(tǒng)的白熾燈。

2.3 調(diào)光安全性

當(dāng)用戶購買LED燈以后，生產(chǎn)廠商無法完全了解其使用環(huán)境。交流輸入的頻率可以是50Hz或者60Hz;調(diào)關(guān)器可以是支持的或者是不支持的;電網(wǎng)電壓會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，也會(huì)產(chǎn)生畸變;等等。諸多因素會(huì)影響LED燈的亮度變化甚至安全性。驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)必須考慮這些可能發(fā)生的環(huán)境變化，具備相應(yīng)的對(duì)策。當(dāng)前的數(shù)字控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了

* 自動(dòng)調(diào)光模式識(shí)別?？刂破骺梢宰詣?dòng)識(shí)別前切相式調(diào)光器和后切相式調(diào)關(guān)器，甚至在運(yùn)行過程中允許前后切調(diào)光器的轉(zhuǎn)換。

* 自動(dòng)檢測(cè)不支持的調(diào)光器。如果某一種調(diào)光器是所生產(chǎn)的LED 燈不能支持的，數(shù)字技術(shù)可以根據(jù)其輸出波形，迫使LED 燈進(jìn)入保護(hù)模式，保障了用戶的使用安全。

* 自動(dòng)防止多次快速啟動(dòng)。由于LED 燈要求啟動(dòng)快，當(dāng)LED 燈發(fā)生故障，或者輸入電壓畸變嚴(yán)重時(shí)，驅(qū)動(dòng)電源有可能反復(fù)地重啟動(dòng)，造成驅(qū)動(dòng)電路的過熱。數(shù)字控制可以很方便的判斷路障的存在，防止頻繁的重復(fù)啟動(dòng)。

3 典型的數(shù)字LED控制系統(tǒng)

數(shù)字控制LED系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖5是iWatt的iW3610系列數(shù)字調(diào)光控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。iW3610控制器采用8個(gè)管腳的封裝，實(shí)現(xiàn)了如下功能：

* 調(diào)光器阻抗匹配

* 輸入功率因數(shù)控制

* Boost電壓的預(yù)測(cè)和控制

* 反激式變換器的一次側(cè)恒流控制

* 調(diào)光器的類型檢測(cè)和調(diào)光控制

* 完整的輸入，輸出和內(nèi)部保護(hù)