多級LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 輕松實(shí)現(xiàn)高效調(diào)光

中間級將高壓DC總線電壓(典型值在475V左右)轉(zhuǎn)換成為適用于驅(qū)動(dòng)LED負(fù)載的低壓輸出?；诎踩矫娴目紤]，LED負(fù)載通常采用低壓驅(qū)動(dòng)，因此驅(qū)動(dòng)電路通常最小值為1安培。這里所推薦的絕緣和降壓級配置是一種諧振半橋，包括一對用相互反相的信號驅(qū)動(dòng)開關(guān)MOSFET。高頻降壓變壓器初級繞阻的一端接到這兩個(gè)開關(guān)管的的中點(diǎn)，而另一端與DC總線至地回路的電容分頻網(wǎng)絡(luò)相連接。通過這種方式，變壓器初級可以看到一個(gè)正負(fù)電壓振幅相等的方波。二次繞阻將采用中心抽頭，這樣兩個(gè)二極管整流器即可用于將輸出電流轉(zhuǎn)換到DC。其中輸出電流高到可以用MOSFET取代整流二極管，從而作為同步整流系統(tǒng)的方式運(yùn)行。在采用3安培電流的典型應(yīng)用中，在30度的環(huán)境溫度下，同步MOSFET的表面溫度比采用相同封裝的肖特基二極管的溫度更低。

我們可以看出，隨著電流要求的增長，同步整流的熱優(yōu)勢就變得更為顯著。最后，還需要一個(gè)平滑電容，以產(chǎn)生絕緣的低紋波DC電壓。這個(gè)電容的容值為數(shù)十法拉的級別，因此要采用陶瓷電容器。

為了使半橋級效率更高，在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該使其工作在諧振模式，其中MOSFET在零電壓(ZVS)條件下開關(guān)。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)就必須保證一個(gè)MOSFET關(guān)斷而另一個(gè)MOSFET開啟之間有一個(gè)短時(shí)延，并且在這段時(shí)延電壓從一個(gè)軌整流換向到另一條軌的中間點(diǎn)。這是因?yàn)殡姼衅髦心芰康尼尫挪⑼ㄟ^MOSFET中的體二極管進(jìn)行傳導(dǎo)。變壓器的初級設(shè)計(jì)中，有必要保持足夠的漏電感，從而可以存儲更多的能量，從而可以進(jìn)行能量交換。

這樣，變壓器的設(shè)計(jì)就會變得更加復(fù)雜，而避免這些問題的一個(gè)簡單方法就是采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的高頻變壓器設(shè)計(jì)，無需為其設(shè)計(jì)增加額外的漏電感，僅僅需要增加一個(gè)與初級電感平行的另外一個(gè)電感來促進(jìn)能量交換。這個(gè)額外的電感也可以用于幫助基于三端雙向可控開關(guān)的調(diào)光器進(jìn)行調(diào)光操作，并為調(diào)整提供了額外的成本和空間。我們還將對此做進(jìn)一步的探討。這樣的電感器可以采用開氣隙磁芯或開口磁芯來增加儲能。

LED驅(qū)動(dòng)器的后端級包括帶有短路保護(hù)功能的電流調(diào)制電路。這可以通過一個(gè)線性調(diào)制電路來實(shí)現(xiàn)，但僅采用這種方式還不夠，它只適用于低輸出電流，不可用于多級系統(tǒng)。備選方案是一個(gè)簡單的降壓穩(wěn)壓器電路，利用電流反饋來限制每個(gè)超過目標(biāo)LED驅(qū)動(dòng)電流的輸出電流。這樣可以補(bǔ)償在溫度和器件容差帶來的總的LED正向電壓的變化，同時(shí)也限制了短路或其它故障情況下的電流，保護(hù)驅(qū)動(dòng)器不受損傷。

在多個(gè)輸出級都與由前一級供電的單獨(dú)的隔離DC電壓相連接時(shí)，也可以采用多級通道的方式。因?yàn)樵谶@樣的設(shè)計(jì)中，一個(gè)通道出現(xiàn)輸出短路不會妨礙其它通道的正常運(yùn)行。而且，這還允許將幾個(gè)通道的調(diào)制電流提供給不同的LED陣列，并且省去了對于連接平行LED陣列的需要。眾所周知，如果LED不能在相近的溫度條件下有相似的正向壓降，那么并行連接LED將會出現(xiàn)問題，這時(shí)采用帶有多個(gè)獨(dú)立輸出的驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢就顯而易見了。

TRIAC調(diào)光器的缺點(diǎn)

現(xiàn)有的大多數(shù)調(diào)光器一般可采用前沿切相方式工作，采用一個(gè)非常簡單的基于三端雙向可控硅開關(guān)的電路。這些調(diào)光器最初設(shè)計(jì)只是與作為電阻負(fù)載的白熾燈一起使用。

三端雙向可控硅開關(guān)器件是一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)，它只有當(dāng)給其第三個(gè)門極加脈沖使其觸發(fā)之后，其兩個(gè)主要端子之間可以任何一個(gè)方向傳導(dǎo)電流。這個(gè)脈沖可以具有任意一個(gè)極性，因此易于通過一個(gè)基本的RC計(jì)時(shí)電路進(jìn)行創(chuàng)建。其工作原理包括

在AC線周期的一個(gè)點(diǎn)上觸發(fā)三端雙向可控硅開關(guān)，這樣它將一直導(dǎo)通到周期的結(jié)束，周期結(jié)束時(shí)線性電壓降為零，接著流經(jīng)三端雙向可控硅開關(guān)電流也將為零，三端雙向可控硅開關(guān)會再次關(guān)閉。三端雙向可控硅開關(guān)器件具有最小的額定保持電流，低于這個(gè)電流，開關(guān)將關(guān)閉。調(diào)節(jié)電路中的電位器控制調(diào)節(jié)器電路中三端雙向可控硅開關(guān)的開通點(diǎn)，并且通過實(shí)現(xiàn)調(diào)光改變整體的平均AC電流。

然而，即使它們包括一個(gè)功率因數(shù)校正前端，LED轉(zhuǎn)換器和其它電源或電子鎮(zhèn)流器也不會成為調(diào)光器的純電阻負(fù)載。當(dāng)調(diào)光水平被降低時(shí)，調(diào)光器中的三端雙向可控硅開關(guān)可能會不規(guī)律被激發(fā)或錯(cuò)過開關(guān)周期。影響這種性能的因素非常復(fù)雜，由于我們已經(jīng)找到了一個(gè)簡單的解決方案，可以在多級系統(tǒng)中最大程度的克服這種問題，因此在這里沒有必要進(jìn)行深入分析。

無需將降壓變壓器的初級側(cè)中的整流換向電感器返回到電容分壓器的中點(diǎn)，電流即可以通過一個(gè)DC分隔電容器流回到線輸入。這就在AC線循環(huán)結(jié)束前，提供了少量的額外電流，這些電流將使三端雙向可控硅開關(guān)處于開啟狀態(tài)，并使其在所要求的調(diào)光范圍內(nèi)運(yùn)行。這一解決方案通過利用那些將被浪費(fèi)的電流，通過基于三端雙向可控硅開關(guān)的調(diào)光器幫助調(diào)光。(圖3)

圖3：前端和帶有調(diào)光電荷泵的半橋。

利用這種方式調(diào)光是切實(shí)可行的，因?yàn)殡S著調(diào)光級別的降低，前端級的輸出總線電壓也在降低。這就使得次級電壓也下降，由于LED負(fù)載有固定的總壓降，電壓中的一個(gè)微小變化也將引起電流以及光輸出的巨大變化。

通過這種方式，實(shí)現(xiàn)了LED的線性調(diào)光，由此滿足了更為復(fù)雜的PWM調(diào)光電路的要求并避免了可能的專利侵權(quán)。盡管調(diào)光器兼容性需要損失一定的效率，但多級配置仍是更高性能LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的絕佳選擇。