淺談數(shù)字電源技術(shù)推動LED照明發(fā)展

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。

數(shù)字電源技術(shù)突破傳統(tǒng)方案的局限性，可以對用戶的要求進行整合和優(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。

1 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。

1.1 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。現(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。

1.2 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。