利用數(shù)字電源技術(shù)設(shè)計(jì)LED燈具的解決方案

調(diào)光技術(shù)

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(guò)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(wú)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(lái)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(lái)關(guān)斷可控硅，同時(shí)通過(guò)功率因數(shù)整流技術(shù)來(lái)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。

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(guò)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(wú)法滿足用戶的需要。比如說(shuō)，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(wú)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(lái)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(lái)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(lái)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(guò)慢或者光照的過(guò)調(diào)。使得用戶調(diào)光的體驗(yàn)接近傳統(tǒng)的白熾燈。

調(diào)光安全性 當(dāng)用戶購(gòu)買LED燈以后，生產(chǎn)廠商無(wú)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(guò)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(guò)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)。