合理的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)可優(yōu)化LED照明

LED照明如今已成為具有巨大節(jié)能潛力的主流技術(shù)，僅在中國(guó)，如果整個(gè)國(guó)家1/3的照明市場(chǎng)采用LED，預(yù)計(jì)每年可節(jié)約1億千瓦時(shí)電量和減少2900萬(wàn)二氧化碳排放量。但是，這其中還存在一項(xiàng)障礙，即如何控制電壓閃爍問(wèn)題，這對(duì)于家庭或道路照明等應(yīng)用都是一個(gè)通病。讓我們來(lái)仔細(xì)分析這一問(wèn)題，并了解一些可支持調(diào)暗和無(wú)閃爍運(yùn)作的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方案。

　　對(duì)于白熾燈而言，利用簡(jiǎn)單、低成本且先進(jìn)的三端雙向可控硅調(diào)光器即可進(jìn)行調(diào)暗；此類調(diào)光器隨處可見(jiàn)。而固態(tài)照明(SSL)或LED改造燈要真正取得成功，它們必須可以在與現(xiàn)有控制器和接線配合使用的情況下調(diào)暗。

　　但人們?cè)谡{(diào)暗LED燈的過(guò)程中遇到了很多問(wèn)題，最典型的問(wèn)題就是閃爍和另外一些不良表現(xiàn)。要理解這一現(xiàn)象，首先有必要了解三端雙向可控硅控制器的工作原理、LED技術(shù)以及兩者如何相互作用的。

　　在典型的三端雙向可控硅調(diào)光器中，電位計(jì)R2用于調(diào)整三端雙向可控硅的相角，后者會(huì)在VC2超出二極管的導(dǎo)通電壓時(shí)點(diǎn)亮在每個(gè)主要產(chǎn)生交流電壓的邊緣。當(dāng)三端雙向可控硅電流低于其保持電流時(shí)，它會(huì)關(guān)閉并必須等待C2重新加電后才能再次開(kāi)啟。施加的電壓和通過(guò)燈絲的電流是調(diào)暗信號(hào)相角的一個(gè)函數(shù)，其值可在接近于0到180°范圍內(nèi)浮動(dòng)。

　　LED燈通常包含一個(gè)用于提供均勻光漫射的LED陣列，這些陣列采用串聯(lián)連接。每個(gè)LED的亮度均是通過(guò)其的電流的函數(shù)，且這些LED通常還有約為3.4V（也可能在2.8V-4.2V之間浮動(dòng)）的正向電壓降。要發(fā)出與相鄰燈具一致的光度，就必須精確控制用于驅(qū)動(dòng)LED陣列的電流供應(yīng)，確保穩(wěn)定供應(yīng)。

　　三端雙向可控硅和LED驅(qū)動(dòng)器

　　要調(diào)暗LED燈，其電源供應(yīng)必須解讀來(lái)自三端雙向可控硅控制器的可變相角輸出，以單調(diào)調(diào)整至LED的恒定電流驅(qū)動(dòng)。確保調(diào)光器正確工作的同時(shí)要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，通常會(huì)導(dǎo)致設(shè)備性能不佳，例如閃爍、啟動(dòng)慢、發(fā)光不均勻或在調(diào)整光度時(shí)閃爍，甚至還會(huì)發(fā)出惱人的噪音。而這通常是錯(cuò)誤觸發(fā)、三端雙向可控硅過(guò)早關(guān)閉和LED電流控制不當(dāng)一并造成的。錯(cuò)誤觸發(fā)的根本原因是三端雙向可控硅點(diǎn)火時(shí)出現(xiàn)的電流振鈴。此時(shí)AC電源電壓幾乎瞬時(shí)地施加到LED燈電源供應(yīng)的LC輸入濾波器，施加到電感上的電壓階躍就會(huì)導(dǎo)致振鈴現(xiàn)象。如果在此期間通過(guò)調(diào)光器的電流低于三端雙向可控硅觸發(fā)電流，后者就會(huì)停止傳導(dǎo)并觸發(fā)電流重新加電，然后重新點(diǎn)燃調(diào)光器。這樣便會(huì)在LED燈中產(chǎn)生惱人噪音和閃爍。利用簡(jiǎn)單的輸入EMI濾波器可緩解不必要的振鈴效應(yīng)，且此類濾波器和電容器應(yīng)盡可能小。

　　最壞的振蕩效應(yīng)發(fā)生90°相角（此時(shí)輸入電壓處于正弦波波峰并突然施加至LED燈的輸入）和高壓（此時(shí)調(diào)光器正向電流處于最低值）。如果需要深度調(diào)暗（相角接近于180°）和在低壓線電源電壓情況下，三端雙向可控硅就可能會(huì)過(guò)早關(guān)閉。

　　如要可靠地調(diào)低光度，三端雙向可控硅必須單調(diào)打開(kāi)并保持在AC電壓降至零的水平上。對(duì)三端雙向可控硅來(lái)說(shuō)，維持傳導(dǎo)所需的保持電流通常為8-40mA；白熾燈很容易維持這一電流水平，但LED燈僅消耗與前者同等功率的10%左右，因此其電流很容易降至三端雙向可控硅保持電流以下，從而導(dǎo)致過(guò)早關(guān)閉現(xiàn)象的發(fā)生。這也會(huì)導(dǎo)致閃爍和/或可調(diào)范圍有限。

　　設(shè)計(jì)LED照明電源供應(yīng)時(shí)也遇到一些其他難題。固態(tài)照明燈具的“能源之星”(EnergyStar)規(guī)范要求商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用必須具備最低為0.9的功率因數(shù)，此外還必須滿足能效、輸出電流精度、EMI等的苛刻要求。