led照明將會代替主流的白熾照明和其余照明技術，盤踞市場主導地位。但從舊技術到新技術的轉換還須要多年時間。在此期間，LED照明燈設計師所面臨的挑釁是如何確保新設計與底本為白熾照明開發(fā)的現(xiàn)有控制器和布線架構實現(xiàn)兼容和牢靠工作。本文所先容的是可同時實用于低功率和高功率LED照明系統(tǒng)的解決計劃，它久經考驗，無比成熟。

   調光掌握器

    照明控制器以線路調光或PWM調光的方式進行工作。最簡略的線路調光方式是前沿可控硅控制器。這是目前最常用的照明控制方法，但可憐的是，使用可控硅控制器對LED燈進行調光時會產生大批問題。更進步的線路調光器是電子前沿或后沿調光器。PWM調光器則用于專業(yè)照明體系。

    應用前沿可控硅調光器時，調光節(jié)制是通過轉變可控硅導通每個半周期的相位角來實現(xiàn)的。燈泡的輸入功率與調光信號的相位角成必定的函數(shù)關聯(lián)，相位角的變更范疇介于瀕臨0°到180°之間。

    可控硅的主要參數(shù)之一是維持電流(IH)。這是可控硅在不使用柵極驅動的情況下堅持導通所必須維持的最小負載。為維持可控硅的穩(wěn)固工作，該電流不能為零，IH的典范值介于8mA到40mA。因此，白熾燈的相位角調光器通常有一個規(guī)定的最小負載，230V額外交流電壓下通常為40W。這是為了確保流經內部可控硅的電流始終高于所劃定的維持電流閾值。因為LED照明的功耗十分低，維持電流將成為一個問題。

     另一個潛在問題是浪涌電流�？煽毓鑼�通時，高浪涌電流會流入LED燈。最差情況就是相位角到達90°，而此時AC輸入電壓到達峰值。對白熾燈來說，浪涌電流不會構成問題。但在LED燈中，驅動器的輸入級阻抗和線路電容會造成振蕩。發(fā)生振蕩時，可控硅電流將即時降到維持電流以下，使可控硅停滯導通。

 LED燈泡的結構

     一個LED照明燈泡包括一個到十多少個甚至更多的LED芯片，它們通常串聯(lián)在一起。每個芯片的發(fā)光明度由通過其中的電流大小決定。因為采取串聯(lián)銜接方法，燈泡內每個LED芯片會主動通過雷同的電流，但每個芯片上的電壓各不雷同。LED的正向電壓降通常為3.4V，但會在2.8V到4.2V之間變化�？梢詫�LED進行分類以限度電壓變動幅度，但這會增長成本，并且正向電壓降仍會隨溫度和使用時間產生變化。要想提供一致的光輸出，LED照明燈泡必須由嚴格規(guī)定的高效恒流電源驅動。作為白熾燈的替換品LED燈，該電源必須集成在燈殼內。

    典范集成LED燈包括驅動電路、LED集束以及可同時為驅動器和LED芯片提供機械維護和散熱的外殼。

    LED驅動器的請求十分嚴厲。它必需是高效節(jié)能的，必需滿意嚴厲的EMI和功率因數(shù)規(guī)格，并能保險地耐受各種故障前提。其中最為艱苦的要求之一是要有調光功效。因為LED燈的特性與專為白熾燈所設計的調光掌握器之間存在不匹配，因而輕易造成機能不佳。問題可能表示為啟動速度慢、閃耀、光照不平均、或在調劑光明度時呈現(xiàn)閃耀。此外，還存在各個單元機能不一致以及LED燈發(fā)出可聞噪聲等問題。這些負面情形通常是由誤觸發(fā)或過早關斷節(jié)制器以及LED電流把持不當?shù)纫蛩鬲毺卦斐傻摹?/p>

    要想解決這些問題，就必須修正LED驅動器的規(guī)格和設計。

    非隔離式可調光LED驅動器

    圖1所示為可用于替代白熾燈的LED燈的非隔離式可調光LED驅動器的基礎運用電路圖。下面將先容驅動器的功能，以便說明該驅動器在成為可控硅調光器的負載時將會呈現(xiàn)的問題。

  LED路燈;  該控制器是Power Integrations(PI)推出的LinkSwitch-PL器件。它在一個單片IC上集成了高壓功率MOSFET開關和電源控制器。該器件提供單級功率因數(shù)校訂(PFC)和LED電流控制。該電路可用作非持續(xù)模式、可變頻率、可變導通時間反激式轉換器。整流后的交流電源輸入由集成的725V功率MOSFET通過高頻變壓器進行開關。次級繞組上產生的電壓在變成LED負載之前會被整流和平滑。LED負載電流還流經檢測電阻RSENSE。RSENSE上發(fā)生的電壓(典型值為290mV)會通過RF涌現(xiàn)在反饋(FB)引腳，從而提供準確的恒流反饋控制。DES和RES為LinkSwitch-PL供電，DZOV和ROV在LED開路時提供過壓掩護。

    本設計中的輸出電流與電源變壓器的特性無關。電感變更對恒流特性無任何影響。因此，這能使恒流特性存在無比嚴格的容差，這在單級轉換器中異常凸起。

    在履行調光控制時，LinkSwitch-PL器件會同時檢測輸入電壓過零點和可控硅調光器的導通角。輸入電壓過零點的檢測是通過漏極節(jié)點內部實現(xiàn)的。控制電路會處置此數(shù)據(jù)并設定需要的反饋電壓，從而設定LED負載電流。

    浪涌電流

    如圖1所示路燈，驅動器對可控硅控制器構成高阻抗、大電容負載。此外，還將有電容和電感所形成的輸入EMI濾波電路。在每個半周期，都會發(fā)生浪涌電流，從而造成振蕩(如上所述)。

    要想實現(xiàn)無端障的調光工作，驅動器必須可以制約振蕩并避免可控硅電流降到保持電流值以下。圖2所示為具備此功能的驅動器的完全電路圖。

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圖 2：用于A19白熾燈調換燈的5W、15V可控硅調光LED驅動器的電路圖。

    圖2中的電路供給350mA的單路恒流輸出和15V的LED串電壓太陽能路燈價格。應用尺度交流電源可控硅調光器可將輸出電流減小1%(3mA)，并且不會造成LED負載不穩(wěn)固或閃爍。該驅動器可同時兼容低本錢的可控硅調光器和更龐雜的電子前沿及后沿調光器。

    該驅動器的功能增添了輸入EMI濾波和三個可控硅調光所特有的元件：一個無源衰減電路、一個有源衰減電路和一個泄放電路太陽能路燈。

    輸入EMI濾波可確保合乎IEC環(huán)形波和EN55015傳導EMI劃定。然而，要害點在于LinkSwitch-PL把持器集成了內置的頻率抖動特征。該特征可疏散開關頻率和下降EMI峰值，使EMI濾波電路的尺寸遠低于畸形請求。這有助于大幅減小對可控硅帶來的電理性負載，從而下降產生振蕩的可能性。

    電阻R20形成無源衰減電路。有源衰減電路在每個交換半周期通過輸入整流管銜接串聯(lián)電阻(R7跟R8)，在剩下的交換周期則通過并聯(lián)可控硅整流器 (Q3)繞過該電阻。電阻R3、R4和C3決議Q3導通前的延遲時光，而后將衰減電阻R7和R8短路。無源衰減電路跟有源衰減電路可在每個半周期可控硅導通時，獨特限度峰值浪涌電流。

    電阻R10、R11和C6構成泄放電路，確保初始輸入電流量能夠知足可控硅的保持電流要求，特殊是在導通角較小的情形下太陽能路燈。對非調光利用，則能夠省去無源衰減電路、有源衰減電路以及泄放電路。

    隔離式LED驅動器

    圖2中的驅動器針對低功率、電氣非隔離式集成LED調換燈專門優(yōu)化過。PI針對要求電氣隔離的更高功率LED照明體系，推出了LinkSwitch-PH控制器。圖3所示(詳見本刊網站)為使用LinkSwitch-PH的隔離式LED驅動器的電路圖LED燈具。

    該電路可能在90VAC至265VAC的輸入電壓范疇內對28V的額外LED串電壓供給0.5A驅動電流，其特性包含超寬調光規(guī)模、無閃爍工作(即便使用低本錢的交流輸入可控硅調光器)以及疾速平滑的導通。

    它所使用的拓撲構造是運行于持續(xù)導通模式下的隔離反激式構造。輸出電流調節(jié)完整從低級側檢測，因此無需使用次級反饋元件。單級內部控制器調劑高壓功率MOSFET的占空比，以堅持輸入電流為正弦交流電，從而確保高功率因數(shù)和低諧波電流。

    在任何LED照明安裝中，驅動器的性能都決議著終極用戶的照明休會，包含啟動時光、調光、無閃爍工作和各單元之間的一致性。14 W驅動器可同時在115 VAC和230 VAC下兼容各種調光器并兼容盡可能寬的調光規(guī)模。因而，衰減電路和泄放電路會起到絕對踴躍的作用，但這會讓效力降落。即便如斯，該電路的效力仍能在115 VAC下≥85%，在230 VAC下≥87%。假如不須要調光功效，可省去衰減電路和泄放電路，可獲得更高的效率。
 

    該電路的功能與圖2中的電路大體類似，最顯明的差別是該電路采取了電氣隔離，不使用與負載串聯(lián)的檢測電阻LED路燈。反饋控制通過變壓器上的偏置繞組提供。反饋控制具備兩項功能：經過旁路(BP)輸入對LinkSwitch-PH供電，經過反饋(FB)輸入提供電流反饋。LinkSwitch-PH提供的另一個主要輸入是電壓監(jiān)測(V)。該引腳與外部輸入電壓峰值檢測器接口相連，后者由D1、C3、R1、R2和R3構成。外加電流用于控制輸入欠壓(UV)和過壓(OV)的結束邏輯，并提供前饋信號以控制輸出電流和遠程開/關功能。該電路集成了衰減電路和泄放電路，以確�？煽毓韫ぷ�(見圖6)。

    跟著LED照明市場潛力的一直擴展，上述設計調和凸顯出了一系列哲學識題。既然新技巧的功耗只是舊技巧的非常之一，在會降低效率(即增添功耗)的情況下，是否真的有必要與所有舊的可控硅控制器實現(xiàn)兼容？當使用一個最低負載規(guī)格為40W的1000W可控硅控制器提供驅動時，咱們是否讓一個5W LED燈準確工作呢？是的，這是可以做到的，興許應當盡快做到。但咱們必須謹記，完全照明解決計劃的終極目的是實現(xiàn)最大效率和最低性命周期成本路燈。