提高LED照明的調(diào)光性能與實(shí)現(xiàn)無(wú)閃爍

LED照明設(shè)計(jì)師面臨的最大挑戰(zhàn)之一是基于TRIAC的調(diào)光器中LED燈的調(diào)光性能。在許多情況下，與白熾燈泡相比，這會(huì)導(dǎo)致閃爍和減少調(diào)光范圍。問(wèn)題是基于TRIAC的調(diào)光器設(shè)計(jì)用于具有電阻負(fù)載的白熾燈。當(dāng)LED開(kāi)始與調(diào)光器一起使用時(shí)，低電流要求以及器件的非電阻性質(zhì)導(dǎo)致TRIAC間歇性地開(kāi)啟和關(guān)閉，這產(chǎn)生閃爍效應(yīng)。

LED和LED驅(qū)動(dòng)器是非電阻性負(fù)載，其輸入電流通常低于調(diào)光器中TRIAC的保持電流。這會(huì)導(dǎo)致閃爍和有限的調(diào)光范圍。

LED驅(qū)動(dòng)器制造商已經(jīng)開(kāi)發(fā)出新的解決方案來(lái)解決這一閃爍問(wèn)題。一種方法是在LED驅(qū)動(dòng)器中加入泄放和阻尼電路。泄放電路的作用是確保輸入電流高于TRIAC的保持電流限制。阻尼電路“阻尼”電流振蕩，這也有助于閃爍。

本文將研究幾種可用的LED驅(qū)動(dòng)器IC和設(shè)計(jì)，這些IC和設(shè)計(jì)將有助于實(shí)現(xiàn)無(wú)閃爍和快速啟動(dòng)調(diào)光性能，同時(shí)仍然提供高功率因數(shù)，高效率和低THD以實(shí)現(xiàn)良好的照明性能。 “這些TRIAC墻式調(diào)光器設(shè)計(jì)用于與白熾燈泡配合使用，白熾燈泡的額定工作功率更高，并具有電阻性能，”Intersil公司應(yīng)用工程師Rakesh Anumula表示，“當(dāng)從白熾燈泡遷移到任何一個(gè)CFL或LED照明，負(fù)載不再是電阻性的，但它是電感性或電容性的，因此調(diào)光器的行為與白熾燈泡的行為不同?！?/p>

“當(dāng)調(diào)光器與LED驅(qū)動(dòng)器的輸入相互作用時(shí)，結(jié)果會(huì)閃爍，”Anumula補(bǔ)充道。 “它們引起某種共振，這使得TRIAC間歇性地打開(kāi)/關(guān)閉，這導(dǎo)致輸出處的光閃爍，這被視為閃爍。”

此外，由于負(fù)載現(xiàn)在不同，調(diào)光特性也是不同的。根據(jù)Anumula的說(shuō)法，光強(qiáng)度或光輸出不同。

問(wèn)題在于TRIAC需要一定量的鎖存電流和保持電流。 LED燈泡不滿足此電流要求，這反過(guò)來(lái)意味著TRIAC將間歇性地打開(kāi)和關(guān)閉。為了提供鎖存和保持電流，LED驅(qū)動(dòng)器IC制造商現(xiàn)在正在為其設(shè)計(jì)添加放電和阻尼電路。放電電路（通常是帶有輸入電容的小電阻）提供鎖存和保持電流，并消除了TRIAC的失火。它可以實(shí)現(xiàn)為被動(dòng)或主動(dòng)泄放器。

Anumula指出，無(wú)源放電器可用于超低功率LED燈泡。這種解決方案的缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)會(huì)受到影響，因?yàn)?a target="_blank">電阻器始終處于開(kāi)啟狀態(tài)并且正在放電。

有源解決方案使用電阻和電容，但電阻僅在需要時(shí)開(kāi)啟。權(quán)衡的是，該解決方案需要一個(gè)有源開(kāi)關(guān)來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉電阻，但它比無(wú)源泄放器解決方案提供更高的效率。

還需要一個(gè)阻尼電路來(lái)確保TRIAC不會(huì)失火。它使用一個(gè)與線路串聯(lián)的小電阻，可以抑制輸入電流波形，因此不會(huì)導(dǎo)致非常高的輸入電流尖峰。阻尼電路還確保調(diào)光器在連接到多個(gè)LED燈時(shí)不會(huì)發(fā)生故障。 Anumula表示，連接多個(gè)LED的調(diào)光器中的大輸入電流尖峰可能會(huì)超過(guò)TRIAC的額定值并導(dǎo)致其過(guò)早失效。

“如果在橋式整流器之后使用阻尼電路，可以使用MOSFET來(lái)控制電阻何時(shí)開(kāi)啟或關(guān)閉，”Anumula說(shuō)。 “如果你在輸入端使用它，在橋式整流器之前，你需要一個(gè)硅控制器整流器來(lái)確保電阻器在電路中或者不在電路中?！?/p>

如圖1和圖2所示，Intersil的ISL1903和ISL1904 LED驅(qū)動(dòng)器控制器采用了調(diào)光器保持電路（DHC）。它是主動(dòng)排氣和阻尼電路的組合。有源泄放電路使用MOSFET，二極管，電阻和電容來(lái)提供一定量的保持和鎖存電流。

圖1：ISL1903是一款高性能，臨界導(dǎo)通模式（CrCM），單端降壓LED驅(qū)動(dòng)器控制器。它可以與DC輸入轉(zhuǎn)換器一起使用，但也支持使用功率因數(shù)校正（PFC）將AC電源單級(jí)轉(zhuǎn)換為恒流源。 DHC引腳提供了在AC被阻斷的時(shí)間段期間預(yù)加載基于TRIAC的調(diào)光器的方法，在AC傳導(dǎo)時(shí)段的每個(gè)邊緣處重疊以確保足夠的保持電流。 DHC是一個(gè)開(kāi)漏FET，用于控制外部電阻作為負(fù)載。

圖2：Intersil ISL1904可調(diào)光AC電源LED驅(qū)動(dòng)器采用功率因數(shù)校正（PFC）和初級(jí)側(cè)調(diào)節(jié)。它還可配置為脈沖寬調(diào)制（PWM）調(diào)光。

ISL1903支持降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)?，包括隔離正激轉(zhuǎn)換器和非隔離源返回降壓轉(zhuǎn)換器，而ISL1904則支持升壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)浜透綦x反激轉(zhuǎn)換器。

德州儀器（TI）的最新一代LED驅(qū)動(dòng)器IC之一，LM3447（ED：請(qǐng)參見(jiàn)正文上方的D-K鏈接部分中的注釋），還包含保持或泄放電路，以確保TRIAC具有足夠的電流。根據(jù)德州儀器照明電源解決方案產(chǎn)品營(yíng)銷工程師John Perry的說(shuō)法，當(dāng)LED負(fù)載開(kāi)始變低時(shí)，可以再次打開(kāi)泄放電路以提供額外電流，以便TRIAC在低導(dǎo)通周期內(nèi)保持導(dǎo)通狀態(tài)。

當(dāng)TRIAC觸發(fā)時(shí)，它不需要太大電流來(lái)保持導(dǎo)通，但它通常會(huì)失去傳導(dǎo);電流非常接近LED負(fù)載，并且當(dāng)它進(jìn)一步變暗時(shí)，它需要較少的LED電流到調(diào)光器不能再導(dǎo)通的點(diǎn)。 Perry說(shuō)，“這是它開(kāi)始喋喋不休，開(kāi)火和重新啟動(dòng)的時(shí)候，它最終將通過(guò)LED負(fù)載閃爍?！?/p>

在反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，如圖3所示，帶有兩個(gè)電阻的LM3447 HOLD引腳提供了在需要時(shí)保持TRIAC導(dǎo)通所需的保持電流。隨著調(diào)光器進(jìn)一步變暗，保持電流開(kāi)始，當(dāng)傳導(dǎo)高或接近滿功率時(shí)，保持電流不會(huì)被施加，佩里說(shuō)。

圖3：德州儀器（TI）LM3447采用了基于TRIAC的調(diào)光器的保持電流電路。來(lái)自調(diào)光器的保持電流通過(guò)反激PFC電路通過(guò)傳輸晶體管（QPASS）吸收，并受電阻器（RHLD1和RHLD2）的限制。

LM3447 AC/DC LED驅(qū)動(dòng)器是LM3445的擴(kuò)展，包括調(diào)光器檢測(cè)，相位解碼器和可調(diào)節(jié)保持電流電路，用于隔離反激式LED照明應(yīng)用中的無(wú)閃爍調(diào)光操作。據(jù)TI稱，該器件的恒定功率調(diào)節(jié)可確保恒定的LED功率，從而使燈具在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)的功效提高10％。還提供LM3447評(píng)估模塊。

對(duì)于降壓或降壓 - 升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員可能需要考慮德州儀器公司的TPS92075（圖4），它結(jié)合了數(shù)字電路和數(shù)字濾波，以解決一些調(diào)光問(wèn)題。 TPS92075控制器設(shè)計(jì)用于相位可調(diào)，離線AC/DC LED燈和筒燈應(yīng)用。

TI表示，它使用專有的輸入電流控制方法來(lái)提高與電子變壓器的兼容性，并實(shí)現(xiàn)PFC高于0.9，同時(shí)在TRIAC調(diào)光器中提供無(wú)閃爍調(diào)光。

圖4：在Texas Instruments TPS92075中，當(dāng)導(dǎo)通角低于70％閾值時(shí)，輸出由DC數(shù)字參考控制，基于角度感應(yīng)（ASNS）上升到下降長(zhǎng)度計(jì)數(shù)。為了改善TRIAC調(diào)光器兼容性，控制電平鉗位在高低范圍。通過(guò)實(shí)現(xiàn)在調(diào)光范圍內(nèi)將輸出需求更高或更低的轉(zhuǎn)換，它消除了對(duì)保持電路的需要。