多燈并聯(lián)的可控硅調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

一、概述

LED燈泡具有卓越的能效和較長壽命，被市場(chǎng)共認(rèn)為是白熾燈和緊湊型熒光燈的有力替代者。但目前，影響大規(guī)模采用的主要障礙來自于較為昂貴的采購費(fèi)用，以及與緊湊型熒光燈一樣的調(diào)光兼容性問題。對(duì)大多數(shù)消費(fèi)者而言，目前購買LED燈泡是一個(gè)令人沮喪的體驗(yàn)。因?yàn)橐坏┠阗I回家就會(huì)發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的LED燈泡都不能用于多燈并聯(lián)調(diào)光，而單個(gè)調(diào)光器連接多燈的情況在許多場(chǎng)合都有應(yīng)用，例如酒店、商場(chǎng)、廚房等地方。目前，許多客戶使用可調(diào)光芯片SSL2101/SSL2102/SSL2103來做可控硅調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)電路?？紤]到多燈的調(diào)光兼容性有別于單燈，所以有必要找出影響多燈并聯(lián)調(diào)光兼容性的因素，提供最簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的解決方案。

本文選擇了SSL2103 120vac GU10作為研究對(duì)象，力圖解決上述問題。

1、10燈并調(diào)連接示意圖

2、SSL2103 120Vac GU10原理圖

該線路板使用較大的緩沖電容并且未使用WB_DRV管腳，因而沒有弱泄放電流（對(duì)2101而言，一般會(huì)在WB上接一個(gè)較大的電阻，所以弱瀉放電流較?。?，上述工作模式稱為低紋波模式。許多客戶都采用這種方案。

單個(gè)GU10電路未接調(diào)光器情況下接120V 60HZ交流輸入，輸入電流和電壓的波形如下圖。輸出電流為345.3mA。

3、多燈并聯(lián)調(diào)光原理及思路

對(duì)于可控硅調(diào)光器來說，在一個(gè)調(diào)光器連接多個(gè)LED燈的情況下，最為重要的是做到對(duì)于AC交流信號(hào)的阻尼（damping），防止AC電流的震蕩，以及合適的瀉放電流。

下圖為連接可控硅調(diào)光器的情況下，調(diào)光器輸出的電壓及電流波形。我們把其細(xì)分為三個(gè)階段。

階段1：前切可控硅調(diào)光器導(dǎo)通

在該階段中，對(duì)于調(diào)光器來說，負(fù)載的阻抗特性非常復(fù)雜，實(shí)際上并不是一個(gè)單純的電阻特性，其中還會(huì)包含電容性。在該階段，必須選擇合適的電阻值以對(duì)AC信號(hào)進(jìn)行阻尼，這點(diǎn)非常重要。同時(shí)為了防止AC電流震蕩，必須選取合適的X電容值。

階段2：前切可控硅調(diào)光器關(guān)斷，弱瀉法導(dǎo)通

在該階段中，調(diào)光器保持關(guān)斷，負(fù)載的直流阻抗，即弱瀉放電阻以及整流橋后PWMLIMIT的分壓的上電阻非常重要。這兩個(gè)電阻對(duì)于調(diào)光器來說都有弱的瀉放作用。我們?cè)诙酂舨⒙?lián)的情況下，希望調(diào)光器在該階段一直保持關(guān)斷，從而避免誤觸發(fā)。不合適的瀉放電流（比如說幾個(gè)毫安，但低于調(diào)光器的維持電流）會(huì)導(dǎo)致調(diào)光器的誤觸發(fā)或重新觸發(fā)。這一點(diǎn)對(duì)于多燈并聯(lián)下調(diào)光器的兼容性非常重要。

階段3：強(qiáng)瀉放導(dǎo)通

在該階段，強(qiáng)瀉放保持導(dǎo)通，以使調(diào)光器能正確地過零點(diǎn)復(fù)位。

二、測(cè)試及驗(yàn)證過程

通過調(diào)節(jié)輸入阻尼電阻、輸入X電容、整流橋輸出端并聯(lián)電阻（弱瀉放電阻）、PWMLIMIT腳上的分壓電阻等元器件的值，來觀察調(diào)光器與LED驅(qū)動(dòng)電路的兼容性。

1、調(diào)節(jié)輸入電阻

在輸入端并聯(lián)4 。 7 n F ， W B _ D R V 浮空， 以及PWMLIMIT分壓上電阻為1M情況下，通過調(diào)節(jié)R1+R4的值，發(fā)現(xiàn)R1+R4的阻值為100Ω情況下僅有一個(gè)調(diào)光器會(huì)有閃爍現(xiàn)象（共有11個(gè)調(diào)光器），在150Ω情況下和100Ω情況基本相同。但是減小阻值會(huì)導(dǎo)致多個(gè)調(diào)光器不兼容。

具體如表1所示。

小結(jié)：當(dāng)R1+R4的值為100Ω時(shí)，有10個(gè)調(diào)光器工作良好（共11個(gè)調(diào)光器）。進(jìn)一步減小阻值，效果不太理想，會(huì)出現(xiàn)更多閃爍現(xiàn)象。

表1

2、調(diào)節(jié)輸入X電容

在輸入電阻為1 0 0 Ω ， W B － D R V 浮空， 以及PWMLIMIT分壓上電阻為1M情況下，調(diào)節(jié)輸入電容，觀察不同容值下的調(diào)光情況。當(dāng)容值從初始值4.7nF每次增加10nF過程中發(fā)現(xiàn)，電流波形會(huì)變得很差，調(diào)光效果也非常不理想。之后，又嘗試將輸入電容去掉，發(fā)現(xiàn)效果較好；當(dāng)輸入電容為2.2nF時(shí)，調(diào)節(jié)調(diào)光器，未閃爍。當(dāng)輸入電容增大時(shí)，輸入電流的峰峰值會(huì)增大。具體如表2所示。

表2

小結(jié)：輸入X電容在2.2nF和4.7nF下，調(diào)光效果較好。增大電容會(huì)導(dǎo)致多個(gè)調(diào)光器不兼容。輸入X電容越大，輸入電流的最大峰峰值越大。

表3 不同X電容值下輸入電流的最大峰峰值

3、整流橋輸出端并聯(lián)電阻

在輸入電容為4.7nF、輸入電阻100Ω，WB－DRV浮空，以及PWMLIMIT分壓上電阻為1M情況下，在整流橋輸出端并聯(lián)電阻，來產(chǎn)生弱泄放電流（對(duì)于SSL2101的方案，一直會(huì)有弱泄放電阻的），觀察在不同弱泄放電阻下調(diào)光器的表現(xiàn)。具體如表4所示。

表4

小結(jié)：在低紋波模式，弱泄放電阻對(duì)多燈調(diào)光有很大的影響。其阻值小于1M更容易閃爍。

4、改變BRIGHTNESS上的分壓電阻

考慮到整流橋之后的分壓電阻也會(huì)產(chǎn)生類似的弱泄放作用。因而嘗試了改變PWMLIMIT和BRIGHTNESS腳上的分壓電阻。在輸入電容為4.7nF、輸入電阻為100Ω的情況下，具體如表5所示。

小結(jié)：BRIGHTNESS和PWMLIMIT腳上的分壓上電阻有弱泄放作用，R7阻值保持在大于1M左右，調(diào)光效果較好。5、附加測(cè)試

在輸入電容為2.2nF，WB_DRV浮空，以及PWMLIMIT分壓上電阻為1M，調(diào)節(jié)輸入電阻（R1+R4），100Ω電阻下可兼容所有調(diào)光器，90Ω和80Ω電阻下可兼容大部分調(diào)光器，進(jìn)一步減小電阻效果就不太理想了。所以，在輸入電容為2.2nF下，選擇80Ω的電阻可以減小損耗，避免效率過低。這樣就可以兼顧調(diào)光兼容性和效率。

三、總結(jié)

使用SSL210X系列搭建市電可控硅調(diào)光線路板時(shí)，在低紋波模式下（大緩沖電容、小弱泄放電流），影響多燈調(diào)光兼容性的因素有：輸入阻尼電阻、輸入X電容、弱泄放電阻、PWMLIMIT和BRIGHTNESS腳上的分壓電阻。

在120vac情況下，我們建議輸入阻尼電阻100歐姆，X電容2.2n？4.7n，弱瀉放電阻》1M，以及PWMLIMIT分壓上電阻》1M。

四、附錄

由上文知，要想調(diào)光器兼容性較好，則輸入X電容得取得較小，但是這樣就會(huì)影響EMI。為了應(yīng)對(duì)EMI測(cè)試，我們提供2個(gè)電路供大家參考。

4.1 LC+PI濾波器

AC端使用一個(gè)LC濾波器（電容C和上述測(cè)試使用的X電容一致），在整流橋之后使用一個(gè)PI濾波器。

4.2 兩級(jí)差模電感+共模電感

兩級(jí)結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在較大功率的板子上，一般大于10W。
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