工程師詳解常見的兩款LED照明調(diào)光控制解決方案

文章來源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2013-10-17

瀏覽次數(shù):次

 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(shì)，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(huì)逐步地取代傳統(tǒng)的白熾燈泡。LED照明的不斷普及對(duì)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，LED照明工程,，并可適用于現(xiàn)有的調(diào)光設(shè)備以及可以承受的價(jià)格,。

要滿足用戶的愿望，就要求驅(qū)動(dòng)電源轉(zhuǎn)換效率高,、輸出電流紋波低,、無光耦設(shè)計(jì)，并且在接入任何調(diào)光器,，無論是支持或者不支持的型號(hào),，都要保證燈具的安全性能。這對(duì)LED的驅(qū)動(dòng)電源提出了極大的挑戰(zhàn),。越來越多的LED燈具廠商意識(shí)到,，傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式很難同時(shí)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(duì)用戶的要求進(jìn)行整合和優(yōu)化，為LED 驅(qū)動(dòng)和調(diào)光控制提供一個(gè)完整的解決方案,。本文針對(duì)LED燈的具體設(shè)計(jì)問題來討論數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和解決問題的方法,。

led驅(qū)動(dòng)技術(shù)

高效率無光耦轉(zhuǎn)換 LED的驅(qū)動(dòng)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(huì)有損耗,。轉(zhuǎn)換效率越高,，LED天花燈,，損耗越小，對(duì)驅(qū)動(dòng)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(duì)用戶而言，高效率的驅(qū)動(dòng)方案可以降低驅(qū)動(dòng)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(dòng)方案利用光耦傳遞二次側(cè)的電流信號(hào)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(cè)電路增加了驅(qū)動(dòng)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(shí)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(shí)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(gè)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(shí)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,，恒光電器,，輸出電流Iout=XXXXXX。現(xiàn)在假定Iset是設(shè)計(jì)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(shí)間點(diǎn)完成磁恢復(fù)。然后磁化電感和MOSFET漏級(jí)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(shí)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(duì)輔助繞組上的電壓波形作分析,，LED照明品牌,，可以非常簡單的實(shí)現(xiàn)波谷開通的功能。低電流紋波設(shè)計(jì)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)��?duì)少部分人引發(fā)癲癇,。因此,， 美國電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)正在制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來引導(dǎo)對(duì)人體健康無危害的LED 照明驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)。 一個(gè)輸入呈阻性的電源系統(tǒng)內(nèi)部一定要存在儲(chǔ)能元件,，當(dāng)輸入電壓低的時(shí)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(gè)問題,。通常的二次轉(zhuǎn)換形式是結(jié)合Boost 輸入級(jí)和反激式輸出級(jí)。輸入級(jí)主要控制驅(qū)動(dòng)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(shí)候還需要協(xié)調(diào)輸入級(jí)和輸出級(jí)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(shí)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(cè)中間電容電壓,，照明產(chǎn)品,，因此只需要檢測(cè)輸入電壓Vin 并解析變壓器反饋信號(hào)就能實(shí)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,。