LED可控硅調(diào)光原理及解決方案

　　目前的調(diào)光方式 主要有三種，分別是：模擬調(diào)光方式，PWM調(diào)光及可控硅調(diào)光。利用可控硅調(diào)光對(duì)LED替代燈調(diào)光，現(xiàn)有的調(diào)光器電路可以不作變動(dòng)，故此調(diào)光方式普遍看好， 于是出現(xiàn)了適合于可控硅調(diào)光的AC-DC 控制芯片。英飛凌公司推出的ICL8002G LED驅(qū)動(dòng)芯片可支持可控硅調(diào)光，并具有單級(jí)PFC和初級(jí)測(cè)控制功能。

　　可控硅調(diào)光的原理

　　電位器RV2調(diào)整可控硅(TRIAC) 的相位角，當(dāng)VC3超過(guò)DIAC的擊穿電壓時(shí)，可控硅會(huì)導(dǎo)通。當(dāng)可控硅電流降到其維持電流(Iholding)以下時(shí)(如下圖2)，可控硅關(guān)斷，且必須等 到C3 在下個(gè)半周期重新充電后才能再次導(dǎo)通。燈泡燈絲中的電壓和電流與調(diào)光信號(hào)的相位角密切相關(guān)，相位角的變化范圍介于0度(接近0度)到180度之間(取決于 調(diào)光器)。

　　LED調(diào)光存在的問(wèn)題

　　LED 燈要想實(shí)現(xiàn)可調(diào)光，其電源必須能夠檢測(cè)可控硅控制器的可變相位角輸出，以便對(duì)流向LED的電流進(jìn)行調(diào)整。在維持調(diào)光器正常工作的同時(shí)做到這一點(diǎn)非常困難， 往往會(huì)導(dǎo)致性能不佳。問(wèn)題可以表現(xiàn)為閃爍及音訊噪聲等問(wèn)題。這些不良現(xiàn)象通常是由誤觸發(fā)或過(guò)早關(guān)斷可控硅等因素造成的。誤觸發(fā)的根本原因是在可控硅導(dǎo)通時(shí) 出現(xiàn)了電流振蕩。圖3以圖表形式對(duì)該影響進(jìn)行了說(shuō)明。

　　可控硅導(dǎo)通時(shí)，AC市電電壓幾乎瞬間施加到LED燈電源的LC輸入濾波器。施加到電感的電壓階躍會(huì)導(dǎo)致振蕩。如果調(diào)光器電流在振蕩期間低于可控硅維持電流， 可控硅將停止導(dǎo)通?？煽毓栌|發(fā)電路充電，然后再次導(dǎo)通可控硅。這種不規(guī)則的多次可控硅重啟動(dòng)(如圖3)，可使LED驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生音訊噪聲或LED閃爍。設(shè)計(jì)更 為簡(jiǎn)單的 EMI濾波器有助于降低此類(lèi)不必要的振蕩。要想實(shí)現(xiàn)出色的調(diào)光功能，輸入EMI濾波器電感和電容須盡可能地小。

　　對(duì)于可控硅來(lái)說(shuō)，維持導(dǎo)通所需的維持電流通常介于8 mA到75 mA之間。白熾燈比較容易維持這種電流大小，但對(duì)于功耗僅為等效白熾燈10%的LED燈來(lái)說(shuō)，該電流可降低到可控硅維持電流以下，導(dǎo)致可控硅過(guò)早關(guān)斷。這樣就會(huì)造成閃爍或限制可調(diào)光范圍。

　　輕微閃爍問(wèn)題

　　從表1可見(jiàn)由于DIAC的特性描述了正反擊穿電壓存在誤差，擊穿電壓不對(duì)稱(chēng)會(huì)引起可控硅的正半周和負(fù)半周的導(dǎo)通角不一樣(見(jiàn)圖4A)，在低成本的調(diào)光器中尤其明顯，輸出電流也會(huì)跟隨輸入變化(如圖4b)，引起LED燈忽亮忽暗，尤其在低輸出時(shí)明顯。

　　英飛凌實(shí)用LED驅(qū)動(dòng)調(diào)光解決方案

　　基于以上問(wèn)題，英飛凌推出一種專(zhuān)為高效離線(xiàn)式 LED調(diào)光驅(qū)動(dòng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的準(zhǔn)諧振 PWM 控制器--ICL8002G，可用作反激式變換器或降壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。其準(zhǔn)諧振工作模式、 初級(jí)側(cè)控制、集成式 PFC 和切相調(diào)光控制、各種保護(hù)功能使其成為適用于可調(diào)光的 LED 球泡燈出色的系統(tǒng)解決方案。與 ICL8001G相比，新的 ICL8002G在調(diào)旋光性能和輸出電流穩(wěn)定性方面有巨大改進(jìn)?？梢酝ㄟ^(guò)增加阻尼電路和泄放電路使它與基于 TRIAC 的切相調(diào)光器的兼容性得以改善，并通過(guò)額外的線(xiàn)性調(diào)整電路使輸出電流在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。

　　基于 TRIAC 的調(diào)光器的兼容性

　　基于TRIAC 的調(diào)光器可以完美用于白熾燈等阻性負(fù)載。當(dāng)它們用于開(kāi)關(guān)式 LED 驅(qū)動(dòng)器等非線(xiàn)性負(fù)載時(shí)，可能產(chǎn)生閃爍問(wèn)題，這主要是因維持電流不足(LED整個(gè)燈具所消耗電流小于可控硅的維持電流)以及電流振蕩--尤其是在 TRIAC 導(dǎo)通期間造成的。因此，為了提高與基于 TRIAC 的調(diào)光器的兼容性，通常在 LED 驅(qū)動(dòng)器中增加泄放電路和阻尼電路。此設(shè)計(jì)中包含的被動(dòng)式泄放電路(由 C1，C2，R4，R5 組成)可以使輸入電流大于 TRIAC 的維持電流閾值之上。R1、R2 這兩個(gè)電阻器被用于抑制振蕩及減小浪涌電流。

　　輕微閃爍解決方法及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

　　電路A由R6、R7、R8、C4、Q2、ZD1組成的電路網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)為深度調(diào)光及改善忽亮忽暗(輕微閃爍)，其中ZD1是一個(gè)保護(hù)二極管防止Q2的Vbe 過(guò)壓擊穿，R6、R7、R8組成了一個(gè)分壓檢測(cè)器，由于C4的容量較大，因此C4端是一個(gè)平滑電壓。在輸出電流較小時(shí)且未增加上述電路的C5電 壓波形(兩個(gè)相鄰半波輸入不對(duì)稱(chēng))。若增加此電路后，當(dāng)C4端的電壓如下圖紅線(xiàn)的電壓時(shí)，C5的電壓會(huì)通過(guò)Q2被箝位得到一個(gè)較為均勻的電壓如圖6B所 示，同時(shí)由于VR端電壓的高低決定輸出電流大小，不均勻的VR端電壓會(huì)導(dǎo)致LED閃爍，相反較為均勻的VR端電壓將會(huì)改善輸出LED的輕微閃爍。C5的電 壓通過(guò)Q2跟隨C4端電壓的變化而變化，若在低導(dǎo)通角時(shí)C5端的電壓會(huì)通過(guò)Q2跟隨C4端電壓降到更低的電壓以達(dá)到減小輸出電流從而增加調(diào)光范圍實(shí)現(xiàn)深度調(diào)光。

　　保護(hù)功能

　　輸出開(kāi)路保護(hù)

　　在運(yùn)行期間，如果輸出端為開(kāi)路狀態(tài)，輸出電壓會(huì)升高，于是 MOSFET 關(guān)斷時(shí)VCC繞組產(chǎn)生的電壓也會(huì)升高。ICL8002G的引腳 ZCV通過(guò)R15和R16檢測(cè)VCC繞組電壓， ZCV電壓一達(dá)到 OVP 閾值 (Vzcovp = 3.7V) 就會(huì)觸發(fā)輸出過(guò)壓保護(hù)，IC 將進(jìn)入鎖存關(guān)斷模式。另一方面，VCC繞組產(chǎn)生的電壓將為 Vcc 供電，如果 Vcc 達(dá)到閾值 (Vvccovp = 25V)，則會(huì)觸發(fā) Vcc 過(guò)壓保護(hù)。在此演示板設(shè)計(jì)中，當(dāng)輸出端處于開(kāi)路狀態(tài)時(shí)，ZCV腳電壓將會(huì)達(dá)到OVP閾值且被觸發(fā)，IC 也將進(jìn)入鎖存關(guān)斷模式。鎖存關(guān)斷模式下的功耗小于 0.5W.

　　輸出短路保護(hù)

　　如果輸出端短路，IC 將通過(guò) VCC 欠壓保護(hù)方式切換至自動(dòng)重啟模式。此模式下的總輸入功耗會(huì)保持在低于1W水平。