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此外，还存在元件间不一致以及LED灯发出不需要的音频噪声等问题。
这些负面情况通常是由误触发或过早关断可控硅以及LED电流控制不当等因素共同造成的。
误触发的根本原因是在可控硅导通时出现了电流振荡。
图2以图表形式对该影响进行了说明。
图2.发生在LED灯电源输入级的可控硅电流与电压振荡
可控硅导通时，AC市电电压几乎同时施加到LED灯电源的LC输入滤波器。
施加到电感的电压阶跃会导致振荡。
如果调光器电流在振荡期间低于可控硅电流，可控硅将停止导电。
可控硅触发电路充电，然后重新导通调光器。
这种不规则的多次可控硅重启动，可使LED灯产生不需要的音频噪声和闪烁。
设计更为简单的EMI滤波器有助于降低此类不必要的振荡。
要想实现成功调光，输入EMI滤波器电感和电容还必须尽可能地小。
振荡的最差条件表现为90度相位角（这时，输入电压达到正弦波峰值，突然施加到LED灯的输入端），并且为高输入电压（这时，调光器的正向电流达到最低水平）。
当需要深度调光（比如相位角接近180度）且为低输入电压时，则会发生过早关断。
要可靠地调低光度，可控硅必须单调导通，并停留在AC电压几乎降至零伏的点上。
对于可控硅来说，维持导通所需的维持电流通常介于8mA到40mA之间。
白炽灯比较容易维持这种电流大小，但对于功耗仅为等效白炽灯10%的LED灯来说，该电流可降低到可控硅维持电流以下，导致可控硅过早关断。
这样就会造成闪烁和/或限制可调光范围。
在设计LED照明电源时还有许多其他问题构成挑战。
能源之星固态照明规范要求商业和工业应用的最小功率因数必须达到0.9，照明产品必须满足效率、输出电流容差和EMI的严格要求，并且电源还必须在LED负载发生短路或开路的情况下作出安全响应。
PowerIntegrations（PI）最近所取得的技术进展为如何解决LED驱动和可控硅的兼容性问题提供了参考范例。
图3是PI开发的可控硅调光的14WLED驱动器的电路图。
图3.隔离式可控硅调光的高功率因数通用输入14WLED驱动器的电路图
本设计采用了LinkSwitch-PH系列器件LNK406EG（U1）。
LinkSwitch-PH系列LED驱动器IC同时集成了一个725V功率MOSFET和一个连续导通模式初级侧PWM控制器。
控制器可实现单级主动功率因数校正（PFC）和恒流输出。
LinkSwitch-PH系列器件所采用的初级侧控制技术可提供高精度恒流控制（性能远优于传统的初级侧控制技术），省去了隔离反激式电源中常用的光耦器和辅助电路（即次级侧控制电路），同时控制器中的PFC部分还省去了大容量电解电容。
LinkSwitch-PH系列器件可设置为调光或非调光模式。
对于可控硅相位调光应用，可在参考（REFERENCE）引脚上使用编程电阻（R4）和在电压监测（VOLTAGEMONITOR）引脚上使用4MΩ（R2+R3）电阻，使输入电压和输出电流之间保持线性关系，从而扩大调光范围。
连续导通模式具有两大优势：
降低导通损耗（从而提高效率）和降低EMI特征。
EMI特征降低后，使用较小的输入EMI滤波器即可满足EMI标准。
可省去一个X电容，并省去共模扼流圈或减小其尺寸。
LinkSwitch-PH器件中内置的高压功率MOSFET开关频率抖动功能还可进一步降低滤波要求。
输入EMI滤波器尺寸减小意味着驱动电路的电阻性阻抗随之减小，其重要好处就是能大幅降低输入电流振荡。
由于LinkSwitch-PH由其内部参考电源供电，因此可进一步增强稳定性。
对于可调光应用，增加主动衰减电路和泄放电路可确保LED灯在极宽的调光范围内稳定工作，且无任何闪烁。
恒流控制允许有±
25%的电压摆幅，这样就无需根据正向电压降对LED进行编码，并且±
5%的差异仍可确保一致的LED亮度。
这个14WLED设计实现了与标准前沿可控硅AC调光器兼容、极宽调光范围（1000:
1，500mA:
0.5mA）、高效率（>
85%）和高功率因数（>
0.9）的目标。
它说明与LED灯可控硅调光相关的问题是可以克服的，甚至可以简化驱动器设计，使可调光LED灯更具成本效益，且达到一致和可靠的性能。
作者：
BillWeiss
照明业务开发经理
PowerIntegrations,Inc.（美国加利福尼亚州圣何塞）
实现LED照明应用的无闪烁调光
BillWeiss上网时间：
2010年11月24日所属类别:
电源管理I光电及显示技术I技术方案
http:
//www.ed-
关键字:
无闪烁调光LED照明系统LED驱动器固态照明
如今，LED照明已确然成为一项主流技术。
该项技术正日臻成熟，标志之一就是大量LED照明标准和规范的陆续出台。
严格的效率要求已存在相当一段时间了，今后仍将不断提高。
但近段时间，LED照明设计师的工作却更为棘手了，因为要同时满足以下两项要求：
既要用针对白炽灯的调光器来实现调光控制功能，又要实现高功率因数性能。
调光是照明系统非常常见的功能。
对于白炽灯来说，它可以以低成本轻易实现。
LED灯的调光却存在一定难度，但对于建筑师和住宅用户来说，在转换到LED照明时可不愿失去调光控制应有的优势。
功率因数是非常重要的因素，因为高功率因数可降低配电网络的损耗。
降低电力使用对环境所造成影响的最有效方式是减少浪费，因此世界各地的监管机构都在进一步严格他们的功率因数规范。
其中一个例子就是能源之星固态照明能效规范（09/12/07），它规定住宅照明产品的功率因数（PF）应大于0.7，商用照明产品的功率因数（PF）应大于0.9。
图1:
LED灯泡构造图。
LED灯泡和灯具制造商正在对这些要求做出响应，自然希望他们的产品具有尽可能高的通用性。
因此，他们非常需要能兼容各种调光器的LED驱动电路，实现高效率工作并使功率因数达到0.9以上。
调光控制器
照明控制器以线路调光或次级侧调光的方式进行工作。
最简单的线路调光方式是前沿可控硅控制器。
这是目前最常用的照明控制方式，但不幸的事,使用可控硅控制器对LED灯进行调光时会产生大量问题。
更先进的线路调光器是电子前沿或后沿调光器。
次级侧电子控制调光器则用于专业照明系统。
可控硅控制器在白炽灯中的表现无可挑剔，但在LED灯中会产生各种负面效应，其中包括闪烁、发光不均匀、音频噪声以及闪动。
要想弄清原因，首先必须了解可控硅调光器的工作原理。
图2:
前沿可控硅调光器。
调光控制是通过改变可控硅导通每个半周期的相位角来实现的。
灯泡灯丝中的电流与调光信号的相位角密切相关，相位角的变化范围介于0°
（接近0°
）到180°
之间。
可控硅的重要参数之一是维持电流（IH）。
这是可控硅在不使用栅极驱动的情况下保持导通所必须维持的最小负载。
为维持可控硅的稳定工作，该电流不能为零，IH的典型值介于8mA到40mA。
驱动白炽灯时，维持电流不是问题。
然而，由于LED灯效率较高，在无法保持维持电流和灯熄灭时，就会出现问题。
如有任何振荡发生，就很容易出现此类情况。
对可控硅控制器来说，白炽灯的阻抗非常低，因此不会出现振荡。
相反，LED驱动器具有高阻抗，而且其输入EMI滤波电路由电容和电感组成。
在每个半周期，当可控硅导通时就会出现浪涌电流，最糟糕的情况是，在90°
导通角下输入电压达到最大值。
由于线路/滤波器阻抗的存在，总线电压会发生过冲，从而发生振荡。
如果振荡导致电流降到IH以下，可控硅将关断（图3）。
图3:
输入EM滤波器引起的电流振荡。
当可控硅关断时，R1和R2对DIAC（图2）重新充电至击穿阈值。
DIAC然后导通TRIAC，重新开始下一开关周期。
结果是在同一输入线路周期内多次重启动可控硅（图4）。
图4:
可控硅因振荡多次重启动。
为避免出现与可控硅调光相关的问题，LED驱动器必须满足LED负载非常不同的要求，同时还得与专为白炽灯设计的调光电路实现兼容。
用于替换标准白炽灯的LED灯通常包含多个LED，确保提供均匀的光照。
每个LED的亮度由其电流大小决定。
LED的正向电压降约为3.4V，但通常介于2.8V到4.2V之间（±
20%）。
尽管负载变化较大，但LED灯串仍须由恒流电源提供驱动，因此必须对电流进行严格控制，以确保相邻LED灯之间具有高匹配度。
LED灯要想实现可调光，其电源必须检测可控硅控制器的可变相位角输出，并利用该信息来改变LED的恒流驱动。
电路自身所产生的传导EMI必须达到最低水平，使输入滤波器尽可能地小。
此外，驱动电路必须控制功率因数。
LED驱动器控制
很显然，LED驱动器采用标准反激式拓扑结构是绝对不行的，必须使用专用的LED驱动器。
图5和图6可以说明这一点。
图5:
使用TOPSwitch-HX的标准反激式电路。
图5所示为使用PowerIntegrations（PI）的TOPSwitch?
-HX控制器设计的恒流输出反激式电源。
输出电压由输出端的齐纳二极管决定。
这样可通过光耦器向控制器提供反馈信号。
TOPSwitch-HX控制器在输入C处收到电压反馈信号后，会调整集成高压功率MOSFET开关的占空比，以维持要求的输出。
对于给定的负载和输入电压，电路将以固定频率和占空比进行工作。
可以对电路进行配置，使其提供恒流输出，以便成功驱动LED灯。
但是，无法实现可控硅相位角检测和功率控制。
图6:
专用于恒流LED负载的反激式电源。
图6所示为使用PI的最新器件LinkSwitch?
-PH设计的反激式电源。
LinkSwitch-PH控制器集成了多项专用于驱动LED的新功能。
该电路与图5中的电路不同，它采用了初级侧调整。
这样可省去光耦器和次级侧控制电路。
变压器上的次级侧绕组（偏置绕组）具有两种功能：
通过BP引脚为LinkSwitch-PH供电，通过FB引脚提供电流反馈。
这两个次级侧绕组紧密耦合，从而使偏置绕组上的电压与流经LED负载的电流成比例。
控制器在FB引脚收到电流反馈后，会调整集成高压功率MOSFET的占空比，以维持电流调整率。
该电路设计可在经整流非平滑的AC市电输入下工作。
控制器随着市电输入在每个半周期内的升降持续调整高压功率MOSFET的占空比，并对每个半周期内的平均电荷进行控制，使其维持输出电流调整率，如图7所示。
图7:
LinkSwitch-PH占空比在AC半周期内的变化。
在接近过零点时，瞬态输入电压较低，占空比较大。
在整流AC输入峰值点时，电压达到最大值，占空比最小。
对于每个开关周期，MOSFET电流在每个周期内被积分，以得到一个电荷量。
将每个周期的电荷量与参考值进行比较，当两个数值相等时就停止开关。
V引脚输入设置输入电压增益参数，用于提供线电压补偿。
调光控制
LinkSwitch-PH可通过链接输入R和0V的编程电阻设置为调光模式，也可设置为非调光模式。
在非调光模式下，电路可以接近1的功率因数在全AC输入范围内提供恒流输出。
在调光模式下，整流输入的过零点和相位角用于设置输出电流水平，从而提供调光功能。
LinkSwitch-PH可用来设计这样的高性能LED驱动器：
可在全输入电压范围内工作，并使低成本可控硅调光器的调光范围达到1000:
1，同时无任何闪烁现象。
图8中的电路图说明了这是如何实现的。
图8:
7W可调光LED驱动器电路图。
图8所示为使用LinkSwitch-PHLNK403EG（U1）（Ref1）设计的7W可调光的可控硅LED驱动器的电路图。
该电路使用低成本的前沿可控硅调光器即可实现1000:
1的调光范围，同时无任何闪烁现象发生，具有快速启动（<
100ms）和一致的元件间调光性能。
该设计具有极高能效（≥81%）和高功率因数（>
0.9）。
图9显示了超宽范围内的调光控制的线性特性。
图9:
输入相位对应于输出电流的变化。
实现一致调光性能的关键之一就是在输入端使用一个小型EMI滤波器。
LinkSwitch-PH所具有的其中两个特性有助于简化输入滤波，它们是连续导通模式和频率抖动。
这有助于以低成本的小型输入EMI滤波器来满足EMI标准的要求。
LinkSwitch-PH中的控制器还可将抖动应用到高压功率MOSFET的开关。
这样可扩展开关频率的范围，进一步降低滤波要求。
输入EMI滤波器尺寸减小意味着驱动电路的阻抗随之减小，其重要好处就是能大幅降低输入电流振荡。
为确保与所有类型的调光器控制实现兼容，本设计添加了两个简单的可选元件-衰减电路和泄放电路。
衰减电路由元件R12、R13、R20、R17、D7、Q1、C13、VR2、Q3以及R16共同组成。
该电路的作用是减小可控硅调光器导通时所产生的浪涌电流。
在115VAC下，当可控硅导通时，电路中的浪涌电流在头2.4ms（230VAC下则为1.2ms）先流经R16。
在大约2.4ms后，Q3导通并将R16短路。
这样可消除在半周期的剩余部分因电流流经R16而造成的功耗。
泄放电路由C9和R14组成。
泄放电路的作用是确保在深度调光情况下，当对LED负载施加极低电流时，使可控硅电流始终大于维持电流阈值，从而防止可控硅过早关断。
图10:
衰减电路和泄放电路有助于确保实现1000:
1的调光范围。
增加有源衰减电路和泄放电路可确保LED灯在极宽的调光范围内稳定工作，且无任何闪烁。
非隔离式LED驱动器
图8中的电路采用了隔离式设计。
该设计能为驱动器与LED灯相隔离的照明系统提供全面的安全保护。
这是高功率商业和工业照明系统常用的设计。
对于驱动器与LED灯同时集成在同一外壳中的应用来说，就像替换灯一样，通常采用隔离式设计和非隔离式设计。
采用非隔离式设计可以大幅减少元件数并降低系统成本。
PI的LinkSwitch?
-PL系列器件可提供单级功率因数校正和恒流控制，同时集成了一个725VMOSFET，非常适合非隔离应用。
图11所示为使用LinkSwitch-PLLNK457DG（Ref2）设计的5W可调光的功率因数校正LED驱动器的电路图。
图11:
电路图–去除突出显示的结构框即可用于非调光应用。
本设计是低成本、低元件数和PCB占用面积小的解决方案，可用于白炽灯替换灯。
使用包括前沿可控硅调光器在内的所有调光器类型，都可以实现无闪烁及100:
由于元件间具有一致的调光性能，因此启动时间小于300ms。
在可调光模式下，115/230VAC输入的效率>
73%；
在非调光模式下，115/230VAC输入的效率>
78%，且功率因数>
0.9。
图12:
驱动器集成在A19LED替换灯中（电路板从壳体中去除）。
在设计中，变压器不需要添加偏置绕组，恒流模式设定点由R18上的电压降决定。
然后将电压反馈到U1的FB引脚。
输出过压保护由VR2和R14提供。
图13显示了反馈电压如何用于让前沿调光器进行调光。
图13:
FB引脚参考电压与可控硅相位角之间的函数关系。
LED输出电流由FB引脚电压控制，FB引脚电压随可控硅调光器的导通角按比例进行变化。
当导通角减小时，FB引脚参考电压随之降低，从而减小LED平均电流。
在接近主半周期持续时间的25%时（?
OS），开始调整FB引脚电压。
在?
OS和?
OL之间，相位角与反馈电压VFB之间存在线性关系。
OL之后，可控硅导通角变得非常小，IC以恒定的频率和占空比进行开环，其内部集成的高压功率MOSFET能够处理严重切角的输入电压所带来的最大功率，从而产生深度调光的光输出。
为使调光器中的可控硅保持维持电流，LinkSwitch-PL可将MOSFET导通时间朝AC输入电压的过零点进行延长，从而提供有源泄放或维持功能。
本设计中集成了有源衰减和泄放电路，可确保所有类型的调光器控制在最差条件下均能进行无闪烁工作。
对于非调光应用，可以省略这些元件。
从上面介绍的两种应用情况可以看出，如果所采用的控制器既能执行功率因数校正，又能执行恒流驱动和相位角检测，那么设计出的隔离式及非隔离式LED驱动器就能与所有类型的调光控制器实现稳定工作。
此外，还能使电路满足所有国际标准的效率、功率因数、谐波和EMI要求。
过去，白炽灯泡必须针对特定的电源电压进行制造。
现在，却不必再受此限制，制造出的可调光LED灯可以不经任何改装而通用于世界各地。
参考文献
1.RDR-193:
ReferenceDesignReportforaHighEfficiency（≥81%）,HighPowerFactor（>
0.9）TRIACDimmable7WTYPLEDDriverUsingLinkSwitch-PHLNK403EG.PowerIntegrationsInc.
2.RDR-251:
ReferenceDesignReportfora5WDimmablePowerFactorCorrectedLEDDriver（Non-Isolated）UsingLinkSwitch-PLLNK457DG.PowerIntegrationsInc.
照明应用业务开发经理
PowerIntegrations
新型可调光LED灯具应用设计关键
2010-11-2210:
27:
44文章来源：
OFweek电子工程网
近年来，随着LED灯具的出现，照明领域发生了革命性的变化。
在欧洲和美国的零售商店，古老的白炽灯泡已难觅踪迹，甚至禁止销售。
而在替代灯具市场，低功耗的紧凑型荧光灯（CFL）现在面临着新的竞争对手。
LED技术正在不断改进，LED灯具在亮度和功率方面日益强大。
这些特性再加上其特有的高能效，使LED灯具成为照明的理想选择。
一般白炽灯泡每瓦能产生10流明，而LED制造商宣称LED灯具每瓦最高可达到100流明。
然而，外形和最高工作温度的局限使得LED难以发挥全部潜力。
目前性能最好的LED替代灯具，效率可达到每瓦50-60流明。
因此，LED灯具在效率标准方面与CFL灯具已经难分伯仲（注：
CFL灯的效率范围为每瓦60-70流明，且改进潜力有限）。
生态问题也日益受到公众关注。
随着人们对全球变暖和气候变化等环境问题的意识不断提高，节约资源和能源的理念正成为很多市场营销策略的要点。
过去10年间汽车油耗的降低和白炽灯的禁用很好地说明了这一趋势。
全球多国政府已经制定白炽灯淘汰的时间表。
还有一些公共政策专门为节能环保的“生态”产品提供宽松的税收支持或其他财务帮助。
LED的内在优势非常符合公众对安全、节能和环保照明解决方案的热切期盼。
LED还有许多其他优点，如较高的调光能力、较长的使用寿命和较小的外形尺寸，在外形、颜色、寿命和成本方面打开了方便之门。
采用在机械、光、电和热等各方面都兼容的LED照明解决方案替代传统的照明源（荧光灯、CFL节能灯、卤素灯或其它白炽灯）是一场正在发生的工业变革。
商务、办公和住宅照明市场呼唤高质量的LED改良灯具。
尽管成本问题仍然是这些解决方案的主要障碍，但同时还需要注意以下技术问题：
•与现有基础设施的电气兼容性，特别在使用标准入墙式插座调光器时。
•外形须采用螺口型式
•必须解决LED的散热问题
1.1调光器的兼容性
目前，家庭、旅馆和办公场所照明灯具的控制设备都是针对白炽灯设计安装的。
提供调光功能的最好方法是使用“市电切相”调光器。
这种调光器原理上是为白炽灯供电而开发的。
从电学方面看，白炽灯可视为一个电阻性负载。
而电子照明源（如CFL节能灯或LED灯）的电气等效负载则不再是纯阻性负载。
这样在调光器工作方式上就产生了很大的不同。
负载使用不当会导致系统功能失常，可能出现令人非常不舒服的闪烁、甚至损坏灯具或调光器。
这样可能引起用户不满，从而推迟采用LED解决方案。
目前，调光器仍然价格昂贵且难以安装。
因此，推出兼容现有调光器的优质解决方案成为兑现LED照明推广承诺的必然。
切相调光器虽然类型各异，但是工作原理基本相同（即在每个周期切掉部分电源正弦波）。
这可以通过开关来实现。
开关接通时，电源就输送到负载（灯泡）。
开关断开时，则不供电。
通过调节开关
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