LED燈泡可調光的方案解析
發布時間:2014-10-11 責任編輯:echolady
【導讀】市場上可調光的LED燈,由於調光器和電路負載不同,LED燈deng的de性xing能neng各ge異yi,燈deng光guang調tiao光guang不bu均jun衡heng和he閃shan爍shuo現xian象xiang層ceng出chu不bu窮qiong。之zhi所suo以yi出chu現xian種zhong種zhong現xian象xiang是shi因yin為wei大da部bu分fen調tiao光guang器qi運yun用yong雙shuang向xiang晶jing閘zha管guan二er線xian前qian沿yan切qie向xiang電dian路lu。調tiao光guang器qi電dian路lu種zhong類lei繁fan雜za,不bu同tong特te性xing的de器qi件jian以yi及ji不bu同tong的de控kong製zhi電dian路lu和he濾lv波bo元yuan件jian,達da到dao的de效xiao果guo也ye就jiu不bu同tong。調光器電路種類繁雜,不同特性的器件以及不同的控製電路和濾波元件,達到的效果也就不同。
LED燈的驅動器電路將交流輸入電源轉換為低壓直流電源,並維持一個穩定電流,驅動高亮度LED負載獲得恒定光輸出。要想通過基於雙向晶閘管的調光器來調節基本的LED驅qu動dong器qi電dian路lu,就jiu必bi須xu額e外wai添tian加jia一yi些xie元yuan器qi件jian來lai實shi現xian穩wen定ding的de調tiao光guang器qi運yun行xing,並bing根gen據ju調tiao光guang器qi相xiang位wei角jiao來lai調tiao節jie輸shu出chu電dian流liu。由you於yu調tiao光guang器qi差cha異yi較jiao大da,所suo連lian接jie的deLED調光電路性能也有所不同。由於現在還未出台明確標準來劃分帶有調光器的LED燈泡的性能,使這一問題變得更加複雜。至多會有一些燈泡製造商提供調光器列表,列明他們認為可與其產品兼容的調光器。
大部分LED燈泡使用的驅動電路都包含降壓、升降壓或反激式轉換器。在(zai)各(ge)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia),都(dou)可(ke)通(tong)過(guo)修(xiu)改(gai)基(ji)本(ben)電(dian)路(lu)來(lai)實(shi)現(xian)可(ke)接(jie)受(shou)的(de)調(tiao)光(guang)性(xing)能(neng),同(tong)時(shi)不(bu)會(hui)增(zeng)加(jia)器(qi)件(jian)的(de)成(cheng)本(ben)和(he)複(fu)雜(za)性(xing)。這(zhe)樣(yang)就(jiu)可(ke)以(yi)提(ti)升(sheng)可(ke)調(tiao)光(guang)驅(qu)動(dong)器(qi)的(de)性(xing)能(neng),進(jin)而(er)滿(man)足(zu)消(xiao)費(fei)照(zhao)明(ming)市(shi)場(chang)的(de)成(cheng)本(ben)節(jie)約(yue)要(yao)求(qiu)。
兼容性的問題在於TRIAC調光器電路如何與LED驅動器輸入電路進行交互。
圖1所suo示shi的de雙shuang向xiang觸chu發fa電dian路lu若ruo想xiang要yao按an照zhao設she計ji目mu標biao運yun行xing,還hai需xu要yao一yi條tiao電dian阻zu性xing路lu徑jing至zhi中zhong性xing點dian。如ru果guo改gai為wei電dian容rong性xing負fu載zai,這zhe一yi電dian路lu將jiang無wu法fa正zheng常chang運yun行xing,並bing導dao致zhi周zhou期qi轉zhuan換huan時shi出chu現xian不bu穩wen定ding觸chu發fa的de情qing況kuang,具ju體ti表biao現xian為wei輸shu出chu的de光guang不bu停ting閃shan爍shuo。調tiao光guang器qi和heLED驅動器中的EMI濾波器,還會由TRIAC啟動時的高dv/dt引起振鈴振蕩。單級LED驅動器示例電路(圖2)取代了圖1中代表白熾燈的電阻性負載。盡管這一電路由於在穩定運行時的高功率因數模擬了電阻性負載,但其前端也包括了EMI濾波所必需的電容器。此外,LED燈泡所消耗的功率比同等白熾燈的25%還要少。結果就是,在TRIAC觸發前,調光器在交流線路半周期中主要承受電容性負載。
圖1所suo示shi的de雙shuang向xiang觸chu發fa電dian路lu若ruo想xiang要yao按an照zhao設she計ji目mu標biao運yun行xing,還hai需xu要yao一yi條tiao電dian阻zu性xing路lu徑jing至zhi中zhong性xing點dian。如ru果guo改gai為wei電dian容rong性xing負fu載zai,這zhe一yi電dian路lu將jiang無wu法fa正zheng常chang運yun行xing,並bing導dao致zhi周zhou期qi轉zhuan換huan時shi出chu現xian不bu穩wen定ding觸chu發fa的de情qing況kuang,具ju體ti表biao現xian為wei輸shu出chu的de光guang不bu停ting閃shan爍shuo。調tiao光guang器qi和heLED驅動器中的EMI濾波器,還會由TRIAC啟動時的高dv/dt引起振鈴振蕩。單級LED驅動器示例電路(圖2)取代了圖1中代表白熾燈的電阻性負載。盡管這一電路由於在穩定運行時的高功率因數模擬了電阻性負載,但其前端也包括了EMI濾波所必需的電容器。此外,LED燈泡所消耗的功率比同等白熾燈的25%還要少。結果就是,在TRIAC觸發前,調光器在交流線路半周期中主要承受電容性負載。

圖1:典型的調光器原理圖

圖2:基本的LED驅動器電路框圖
振蕩幅度達到一定程度時,會導致電流降至“保持電流”以下,從而使TRIAC關閉,而無法在下一次線路過零之前維持TRIAC導通。這一情況通常會由於觸發電路重觸發TRIAC,導致其在單個線路半周期中多次開和關。除了給元器件造成應力並很可能破壞調光器或LED驅動器之外,這將導致出現嚴重的閃爍以及令人不悅的噪聲情況。
假設使用LED燈所適用的調光器來替代該調光器並不是理想的解決方案,那麼可以通過修改LED驅動來解決上述問題,從而實現LED驅動與標準調光器的搭配使用。

圖3:可調光LED驅動示意圖
示例電路(圖3)為單級LED反(fan)激(ji)式(shi)轉(zhuan)換(huan)器(qi),同(tong)樣(yang)的(de)技(ji)術(shu)也(ye)可(ke)用(yong)於(yu)升(sheng)降(jiang)壓(ya)或(huo)適(shi)應(ying)性(xing)降(jiang)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)。首(shou)先(xian),必(bi)須(xu)在(zai)設(she)計(ji)輸(shu)入(ru)濾(lv)波(bo)器(qi)時(shi)將(jiang)輸(shu)入(ru)電(dian)容(rong)保(bao)持(chi)在(zai)最(zui)小(xiao)值(zhi),這(zhe)樣(yang)也(ye)有(you)助(zhu)於(yu)實(shi)現(xian)最(zui)佳(jia)的(de)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)。
下一步介紹的是有源衰減器及無源泄放器電路。衰減電路在TRIAC觸發時會限製衝擊電流,從而極大地抑製振鈴,以至TRIAC保持導通狀態。短暫延時後,衰減電阻被一個小的MOSFET所旁路,以防止在餘下的導通期間產生功率損耗。為將低功率驅動器成本降至最低,可忽略旁路MOSFET及其相關的驅動電路,但這會導致電阻器的散熱及相關的效率損失。
可使用無源泄放器電路代替一些調光解決方案中使用的有源泄放器。該串聯RCwangluocongchufadiankaishichuandaodianliu,shijianzugoukaiguanzhuanhuanqikaishichouqudianliu,zheyouzhuyuquebaodianliuzaizheyiqijianbuhuijiangzhibaochidianliuyixia。yihengdingdaotongshijianyunxingdefanjishihuoshengjiangyazhuanhuanqizuoweijiezhizhiliuzongxiandezhuyaodianzuxingfuzai,kezaixiacixianluguolingqianbaochitiaoguangqiTRIAC的導通狀態。轉換器需要抽取足夠多的電流,以保持在TRIAC保持電流之上。單級PFC反激式或升降壓轉換器通常可以實現這一目標。
此處所述電路采用了IRS2983控製器IC,其運行在電壓模式下。COMP輸入端上的直流電壓電平決定了開關周期的導通時間。因為控製器IC常與初級側調節一起使用以保持恒定的輸出功率,所以必須在這一輸入端上增加齊納二極管來鉗位COMP電壓。這就對最大導通時間設置了限製,以致在調光期間,當直流總線電壓下降時,導通時間就無法增加來進行補償。
結jie果guo就jiu是shi,隨sui著zhe調tiao光guang器qi設she置zhi的de降jiang低di及ji直zhi流liu總zong線xian電dian壓ya的de下xia降jiang,輸shu出chu電dian流liu也ye會hui降jiang低di。這zhe樣yang就jiu可ke以yi在zai無wu需xu采cai用yong更geng複fu雜za的de電dian路lu來lai檢jian測ce調tiao光guang器qi相xiang位wei角jiao或huo調tiao節jie輸shu出chu的de情qing況kuang下xia,通tong過guo調tiao節jie調tiao光guang器qi控kong製zhi將jiang燈deng光guang亮liang度du調tiao節jie至zhi低di於yu20%。同時,必須在調光關閉期間釋放控製器VCC電源,以確保IC僅在所需時段運行。為此使用了一個高壓二極管連接VCC與直流總線。
有源衰減器及無源泄放器電路也可與降壓轉換器一起使用,但結果取決於LED電壓。由於在線路電壓低於輸出電壓時轉換器無法抽取電流,相位調光運行範圍將受到限製。出於這一原因,LED電壓最好保持較低,但也不能太低,否則電路將變得無效,需要使用過大的電感器。對於保持合理調節範圍的120VAC係統,LED電壓最好是20V~40V。CCM降壓LED控製器IC(如IRS2980)可在不平滑的總線電壓始終高於LED總輸出電壓的同時,維持LED燈的平均電流調節。
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