提高LED照明的調光性能與實現(xiàn)無閃爍

LED照明設計師面臨的最大挑戰(zhàn)之一是基于TRIAC的調光器中LED燈的調光性能。在許多情況下，與白熾燈泡相比，這會導致閃爍和減少調光范圍。問題是基于TRIAC的調光器設計用于具有電阻負載的白熾燈。當LED開始與調光器一起使用時，低電流要求以及器件的非電阻性質導致TRIAC間歇性地開啟和關閉，這產(chǎn)生閃爍效應。

LED和LED驅動器是非電阻性負載，其輸入電流通常低于調光器中TRIAC的保持電流。這會導致閃爍和有限的調光范圍。

LED驅動器制造商已經(jīng)開發(fā)出新的解決方案來解決這一閃爍問題。一種方法是在LED驅動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驅動器IC和設計，這些IC和設計將有助于實現(xiàn)無閃爍和快速啟動調光性能，同時仍然提供高功率因數(shù)，高效率和低THD以實現(xiàn)良好的照明性能。 “這些TRIAC墻式調光器設計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公司應用工程師Rakesh Anumula表示，“當從白熾燈泡遷移到任何一個CFL或LED照明，負載不再是電阻性的，但它是電感性或電容性的，因此調光器的行為與白熾燈泡的行為不同?！?/p>

“當調光器與LED驅動器的輸入相互作用時，結果會閃爍，”Anumula補充道。 “它們引起某種共振，這使得TRIAC間歇性地打開/關閉，這導致輸出處的光閃爍，這被視為閃爍?！?/p>

此外，由于負載現(xiàn)在不同，調光特性也是不同的。根據(jù)Anumula的說法，光強度或光輸出不同。

問題在于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，這反過來意味著TRIAC將間歇性地打開和關閉。為了提供鎖存和保持電流，LED驅動器IC制造商現(xiàn)在正在為其設計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。它可以實現(xiàn)為被動或主動泄放器。

Anumula指出，無源放電器可用于超低功率LED燈泡。這種解決方案的缺點是設計會受到影響，因為電阻器始終處于開啟狀態(tài)并且正在放電。

有源解決方案使用電阻和電容，但電阻僅在需要時開啟。權衡的是，該解決方案需要一個有源開關來打開和關閉電阻，但它比無源泄放器解決方案提供更高的效率。

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

“如果在橋式整流器之后使用阻尼電路，可以使用MOSFET來控制電阻何時開啟或關閉，”Anumula說。 “如果你在輸入端使用它，在橋式整流器之前，你需要一個硅控制器整流器來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驅動器控制器采用了調光器保持電路（DHC）。它是主動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，臨界導通模式（CrCM），單端降壓LED驅動器控制器。它可以與DC輸入轉換器一起使用，但也支持使用功率因數(shù)校正（PFC）將AC電源單級轉換為恒流源。 DHC引腳提供了在AC被阻斷的時間段期間預加載基于TRIAC的調光器的方法，在AC傳導時段的每個邊緣處重疊以確保足夠的保持電流。 DHC是一個開漏FET，用于控制外部電阻作為負載。

圖2：Intersil ISL1904可調光AC電源LED驅動器采用功率因數(shù)校正（PFC）和初級側調節(jié)。它還可配置為脈沖寬調制（PWM）調光。

ISL1903支持降壓轉換器拓撲，包括隔離正激轉換器和非隔離源返回降壓轉換器，而ISL1904則支持升壓轉換器拓撲和隔離反激轉換器。

德州儀器（TI）的最新一代LED驅動器IC之一，LM3447（ED：請參見正文上方的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)品營銷工程師John Perry的說法，當LED負載開始變低時，可以再次打開泄放電路以提供額外電流，以便TRIAC在低導通周期內保持導通狀態(tài)。

當TRIAC觸發(fā)時，它不需要太大電流來保持導通，但它通常會失去傳導;電流非常接近LED負載，并且當它進一步變暗時，它需要較少的LED電流到調光器不能再導通的點。 Perry說，“這是它開始喋喋不休，開火和重新啟動的時候，它最終將通過LED負載閃爍?！?/p>

在反激式拓撲結構中，如圖3所示，帶有兩個電阻的LM3447 HOLD引腳提供了在需要時保持TRIAC導通所需的保持電流。隨著調光器進一步變暗，保持電流開始，當傳導高或接近滿功率時，保持電流不會被施加，佩里說。

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

LM3447 AC/DC LED驅動器是LM3445的擴展，包括調光器檢測，相位解碼器和可調節(jié)保持電流電路，用于隔離反激式LED照明應用中的無閃爍調光操作。據(jù)TI稱，該器件的恒定功率調節(jié)可確保恒定的LED功率，從而使燈具在整個工作溫度范圍內的功效提高10％。還提供LM3447評估模塊。

對于降壓或降壓 - 升壓拓撲結構，設計人員可能需要考慮德州儀器公司的TPS92075（圖4），它結合了數(shù)字電路和數(shù)字濾波，以解決一些調光問題。 TPS92075控制器設計用于相位可調，離線AC/DC LED燈和筒燈應用。

TI表示，它使用專有的輸入電流控制方法來提高與電子變壓器的兼容性，并實現(xiàn)PFC高于0.9，同時在TRIAC調光器中提供無閃爍調光。

圖4：在Texas Instruments TPS92075中，當導通角低于70％閾值時，輸出由DC數(shù)字參考控制，基于角度感應（ASNS）上升到下降長度計數(shù)。為了改善TRIAC調光器兼容性，控制電平鉗位在高低范圍。通過實現(xiàn)在調光范圍內將輸出需求更高或更低的轉換，它消除了對保持電路的需要。