合理的驱动器设计可优化LED照明

 LED照明如今已成为具有巨大节能潜力的主流技术，仅在中国，如果整个国家1/3的照明市场采用LED，预计每年可节约1亿千瓦时电量和减少2900万二氧化碳排放量。但是，这其中还存在一项障碍，即如何控制电压闪烁问题，这对于家庭或道路照明等应用都是一个通病。让我们来仔细分析这一问题，并了解一些可支持调暗和无闪烁运作的驱动器设计方案。

　　对于白炽灯而言，利用简单、低成本且先进的三端双向可控硅调光器即可进行调暗；此类调光器随处可见。而固态照明(SSL)或LED改造灯要真正取得成功，它们必须可以在与现有控制器和接线配合使用的情况下调暗。

　　但人们在调暗LED灯的过程中遇到了很多问题，最典型的问题就是闪烁和另外一些不良表现。要理解这一现象，首先有必要了解三端双向可控硅控制器的工作原理、LED技术以及两者如何相互作用的。

　　在典型的三端双向可控硅调光器中，电位计R2用于调整三端双向可控硅的相角，后者会在VC2超出二极管的导通电压时点亮在每个主要产生交流电压的边缘。当三端双向可控硅电流低于其保持电流时，它会关闭并必须等待C2重新加电后才能再次开启。施加的电压和通过灯丝的电流是调暗信号相角的一个函数，其值可在接近于0到180°范围内浮动。

　　LED灯通常包含一个用于提供均匀光漫射的LED阵列，这些阵列采用串联连接。每个LED的亮度均是通过其的电流的函数，且这些LED通常还有约为3.4V（也可能在2.8V-4.2V之间浮动）的正向电压降。要发出与相邻灯具一致的光度，就必须精确控制用于驱动LED阵列的电流供应，确保稳定供应。

　　三端双向可控硅和LED驱动器

　　要调暗LED灯，其电源供应必须解读来自三端双向可控硅控制器的可变相角输出，以单调调整至LED的恒定电流驱动。确保调光器正确工作的同时要实现这一点，通常会导致设备性能不佳，例如闪烁、启动慢、发光不均匀或在调整光度时闪烁，甚至还会发出恼人的噪音。而这通常是错误触发、三端双向可控硅过早关闭和LED电流控制不当一并造成的。错误触发的根本原因是三端双向可控硅点火时出现的电流振铃。此时AC电源电压几乎瞬时地施加到LED灯电源供应的LC输入滤波器，施加到电感上的电压阶跃就会导致振铃现象。如果在此期间通过调光器的电流低于三端双向可控硅触发电流，后者就会停止传导并触发电流重新加电，然后重新点燃调光器。这样便会在LED灯中产生恼人噪音和闪烁。利用简单的输入EMI滤波器可缓解不必要的振铃效应，且此类滤波器和电容器应尽可能小。

　　最坏的振荡效应发生90°相角（此时输入电压处于正弦波波峰并突然施加至LED灯的输入）和高压（此时调光器正向电流处于最低值）。如果需要深度调暗（相角接近于180°）和在低压线电源电压情况下，三端双向可控硅就可能会过早关闭。

　　如要可靠地调低光度，三端双向可控硅必须单调打开并保持在AC电压降至零的水平上。对三端双向可控硅来说，维持传导所需的保持电流通常为8-40mA；白炽灯很容易维持这一电流水平，但LED灯仅消耗与前者同等功率的10%左右，因此其电流很容易降至三端双向可控硅保持电流以下，从而导致过早关闭现象的发生。这也会导致闪烁和/或可调范围有限。

　　设计LED照明电源供应时也遇到一些其他难题。固态照明灯具的“能源之星”(EnergyStar)规范要求商业和工业应用必须具备最低为0.9的功率因数，此外还必须满足能效、输出电流精度、EMI等的苛刻要求。