解析兩款常見LED照明調(diào)光控制解決方案

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

　　要滿足用戶的愿望，就要求驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換效率高、輸出電流紋波低、無光耦設(shè)計，并且在接入任何調(diào)光器，無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(qū)動電源提出了極大的挑戰(zhàn)。越來越多的LED燈具廠商意識到，傳統(tǒng)的驅(qū)動方式很難同時兼顧到所有的要求，無法大量推廣LED燈。數(shù)字電源技術(shù)突破了傳統(tǒng)方案的局限性，可以對用戶的要求進(jìn)行整合和優(yōu)化，為LED驅(qū)動和調(diào)光控制提供一個完整的解決方案。本文針對LED燈的具體設(shè)計問題來討論數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢和解決問題的方法。

　　LED驅(qū)動技術(shù)

　　高效率無光耦轉(zhuǎn)換LED的驅(qū)動電路把能量從交流電網(wǎng)轉(zhuǎn)換為本身發(fā)光所需的直流形式。能量在轉(zhuǎn)換的過程中會有損耗。轉(zhuǎn)換效率越高，損耗越小，對驅(qū)動部分散熱的要求也越低。絕大多數(shù)LED燈采用灌膠和鋁散熱器來解決散熱問題。對用戶而言，高效率的驅(qū)動方案可以降低驅(qū)動電路的散熱成本，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(tǒng)的隔離驅(qū)動方案利用光耦傳遞二次側(cè)的電流信號給一次側(cè)控制器來維持穩(wěn)定的輸出電流。二次側(cè)檢測電路增加了驅(qū)動電路的復(fù)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)廠家都開始采用無光耦的原邊反饋技術(shù)。當(dāng)前，數(shù)字原邊反饋技術(shù)已經(jīng)成熟并且得到了廣泛應(yīng)用。數(shù)字控制可以實現(xiàn)無光耦反饋的輸出電流的精確控制。利用變壓器反饋波形，數(shù)字技術(shù)還可以實現(xiàn)波谷開通來提高轉(zhuǎn)換效率。

　　a無光耦精確電流控制

　　圖1(a)顯示一個原邊反饋的反激變換器。一次側(cè)和二次側(cè)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(fù)時間；Tprd是開關(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(shù)。因此，輸出電流Iout=XXXXXX?，F(xiàn)在假定Iset是設(shè)計輸出電流，數(shù)字控制器可以通過控制原邊峰值電流Ipp=XXXXX來獲得所需的輸出電流。　　b波谷開通控制

　　波谷開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時間點(diǎn)完成磁恢復(fù)。然后磁化電感和MOSFET漏級雜散電容開始諧振。如果MOSFET的開通正好處在漏源電壓諧振的谷底T3，就可以達(dá)到最低開關(guān)損耗。同時電磁干擾的減小有利于提高輸入濾波器的效率。利用數(shù)字技術(shù)對輔助繞組上的電壓波形作分析，可以非常簡單的實現(xiàn)波谷開通的功能。低電流紋波設(shè)計LED照明不僅需要精確和穩(wěn)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，不管來自可見光還是不可見光，都有可能引起偏頭痛或者視覺不適。低于70Hz的閃爍甚至?xí)ι俨糠秩艘l(fā)癲癇。因此，美國電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)正在制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來引導(dǎo)對人體健康無危害的LED照明驅(qū)動的設(shè)計。一個輸入呈阻性的電源系統(tǒng)內(nèi)部一定要存在儲能元件，當(dāng)輸入電壓低的時候可以提供能量給負(fù)載。如果能量進(jìn)行單次轉(zhuǎn)換又要求輸入呈阻性，其需要非常大的輸出電容來降低負(fù)載的電流紋波。如果能量進(jìn)行二次轉(zhuǎn)換可以解決這個問題。通常的二次轉(zhuǎn)換形式是結(jié)合Boost輸入級和反激式輸出級。輸入級主要控制驅(qū)動電源的輸入阻抗。反激式電源提供低紋波輸出電流。二次轉(zhuǎn)換控制的復(fù)雜性很高。特別是當(dāng)接入調(diào)關(guān)器的時候還需要協(xié)調(diào)輸入級和輸出級的能量平衡。圖3是常用的二次轉(zhuǎn)換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的二次轉(zhuǎn)換控制方案需要同時得到輸入電壓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(yīng)用。數(shù)字控制技術(shù)提供了簡單的一次側(cè)反饋方法，還可以預(yù)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現(xiàn)完整的二次轉(zhuǎn)換控制。大大簡化了系統(tǒng)的控制成本。

　　全面的驅(qū)動保護(hù)在LED燈具的設(shè)計，生產(chǎn)和使用的過程中，驅(qū)動電源有可能面對LED負(fù)載的短路、開路，驅(qū)動電源板的短路、虛焊，接插件的錯接、反接等等問題。全面的驅(qū)動保護(hù)可以簡化LED燈具的設(shè)計和生產(chǎn)，延長使用壽命，降低生產(chǎn)成本。對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測并做出精確判斷是數(shù)字控制的一個長處。數(shù)字控制可以快速地實現(xiàn)：

　　*LED負(fù)載的開路保護(hù)

　　*LED負(fù)載的短路保護(hù)

　　*LED負(fù)