基于DU8608可控硅調(diào)光LED驅(qū)動方案

1.引言

LED照明經(jīng)過發(fā)展后，由于本身具有綠色、節(jié)能、高效的特點，已逐漸開始替代白熾燈熒光燈等傳統(tǒng)照明光源，成為21世紀(jì)的新一代照明光源?，F(xiàn)階段市場上存在的LED調(diào)光方案有可控硅調(diào)光、脈寬調(diào)制調(diào)光、分段式開關(guān)調(diào)光等。由于可控硅調(diào)光與白熾燈熒光燈的緊密結(jié)合性，使其在市場上占據(jù)主要地位。脈寬調(diào)制由于無法兼容可控硅引線，通常只能應(yīng)用于調(diào)光型臺燈，而分段式開關(guān)調(diào)光無法實現(xiàn)連續(xù)調(diào)光。綜上所述，本文結(jié)合DU8608的特點和可控硅的優(yōu)點完成可控硅調(diào)光的LED驅(qū)動。

2.可控硅的簡介

可控硅又稱晶閘管。自從20世紀(jì)50年代問世以來已經(jīng)發(fā)展成了一個大的家族，它的主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、快速晶閘管等等?？煽毓枵{(diào)光器是白熾燈時代的遺物。

可控硅相當(dāng)于可以控制的二極管，當(dāng)控制極加一定的電壓時，陰極和陽極就導(dǎo)通了。可控硅分單向可控硅和雙向可控硅兩種，都是三個電極。單向可控硅有陰極、陽極、控制極。雙向可控硅等效于兩只單項可控硅反向并聯(lián)而成。

2.1.可控硅的工作原理

圖片說明：前沿可控硅調(diào)光器

電位計R2調(diào)整可控硅的相位角，當(dāng)VC2超過DIAC的擊穿電壓時，可控硅會在每個AC電壓前沿導(dǎo)通。當(dāng)可控硅電流降到其維持電流(IH)以下時，可控硅關(guān)斷，且必須等到C2在下個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)光信號的相位角密切相關(guān)，相位角的變化范圍介于0度到180度之間。

可控硅一旦被觸發(fā)導(dǎo)通后，將持續(xù)導(dǎo)通到交流電壓過零時才會截止。為了避免開機時的大電流沖擊，選用可控硅要有較大電流裕量。

此外觸發(fā)脈沖應(yīng)該有足夠的幅度和寬度才能使可控硅完全導(dǎo)通。為了保證可控硅在各種條件下均能可靠觸發(fā)，觸發(fā)電路所送出的觸發(fā)電壓和電流必須大于可控硅的觸發(fā)電壓UGT與觸發(fā)電流的IGT的最小值，并且觸發(fā)脈沖的最小寬度要持續(xù)到陽極電流上升到維持電流以上，否則可控硅會因沒有完全導(dǎo)通而重新關(guān)斷。

2.2.可控硅的優(yōu)點

普通的白熾燈和鹵素?zé)敉ǔ２捎每煽毓鑱碚{(diào)光。因為白熾燈和鹵素?zé)羰且粋€純阻器件，它不要求輸入電壓一定是正弦波，因為它的電流波形永遠和電壓波形一樣，所以不管電壓波形如何偏離正弦波，只要改變輸入電壓的有效值，就可以調(diào)光。采用可控硅就是對交流電的正弦波加以切割而達到改變其有效值的目的。負載是和可控硅開關(guān)串聯(lián)的。

改變可變電阻的分壓比就可以改變其導(dǎo)通角，從而實現(xiàn)改變其有效值的目的。通常這個電位器帶一個開關(guān)，用于開關(guān)燈。除了可控硅以外，還有晶體管后沿調(diào)光技術(shù)等。

3.DU8608的介紹

DU8608是一款高精度降壓型LED恒流電源控制芯片主要應(yīng)用于非隔離LED恒流驅(qū)動電源系統(tǒng)。系統(tǒng)工作于電感電流連續(xù)模式(CCM)。采用獨特的閉環(huán)恒流控制專利TRUEC2技術(shù)，使得LED電源在寬輸入電壓、寬輸出電壓以及寬電感量變化下，輸出電流均能保持小于3%的恒流精度。DU8608采用了源極驅(qū)動結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)效率高達95%.DU8608內(nèi)置模擬和PWM數(shù)字調(diào)光功能。DU8608集成了各種保護功能，包括輸出短路、輸出開路、主電感短路保護、采樣電阻開路、采樣電阻短路和過溫保護。從而提高了LED恒流電源的可靠性。

DU8608具有如下特點：

TRUEC2閉環(huán)恒流控制技術(shù)

3%系統(tǒng)恒流精度

模擬調(diào)光、PWM數(shù)字調(diào)光

采樣電阻開路、短路保護

輸出過流、短路保護

主電感短路保護

輸出過壓保護

過溫保護

源級驅(qū)動

4.實驗驗證

4.1.實驗樣板

實驗樣板見圖1和圖2.

4.2.實驗原理圖

實驗原理圖見圖3.

4.3.實驗結(jié)果

由于可控硅是將輸入電壓固定在一個點上，因此本次實驗參數(shù)如下：

輸入電壓：220V/50Hz

輸出電壓：76V

額定輸出電流：250mA

圖1:DU8608測試板

圖2:帶可控硅DU8608測試板

圖3:DU8608可控硅調(diào)光原理圖

調(diào)節(jié)可控硅旋鈕，當(dāng)調(diào)到2檔時，LED燈剛剛被點亮，此時輸出電流為93mA,輸入電流和輸入電壓波形如下，藍色代表輸入電壓，粉色代表輸入電流：

圖4:2檔時輸入電壓和輸入電流波形[!--empirenews.page--]

然后逐步調(diào)節(jié)至5檔，調(diào)節(jié)過程中燈逐漸變亮，調(diào)至額定輸出電流240mA時，此時燈最亮，得到的輸入電壓和輸入電流波形依次如下：

圖5:3檔時輸入電壓和輸入電流波形

圖6:4檔時輸入電壓和輸入電流波形

圖7:5檔時輸入電壓和輸入電流波形

實現(xiàn)LED燈亮度的調(diào)節(jié)就是控制輸出電流的平均值，由于輸出電流的峰值由采樣基準(zhǔn)決定，而采樣電阻是固定的，因此只需控制采樣電流基準(zhǔn)就可實現(xiàn)調(diào)光。

調(diào)節(jié)可控硅的旋鈕時，對輸入電壓進行斬控，可控硅內(nèi)部滑動變阻器阻值改變，因此可變電阻的分壓比就可以改變其導(dǎo)通角，輸入電壓的變化通過DU8608的DIM腳外圍電路被DIM接收，然后該引腳將接收的調(diào)光控制信號對DIM腳的電壓值進行控制，從而控制VPK的幅值，實現(xiàn)改變采樣電流的基準(zhǔn)，改變輸出電流的目的。由以上圖形可以知道可控硅的旋鈕檔位越大，它對輸入電壓的斬波越小，輸入電壓的相位變化越小，因此輸出電流越大，LED燈也越亮。因此可控硅是通過對輸入交流正弦電壓斬波來調(diào)節(jié)燈的亮度。

下圖為LED燈最亮?xí)r的實驗結(jié)果圖：

圖8:可控硅調(diào)光實驗結(jié)果

因為可控硅調(diào)光是通過引腳DIM的外圍電路改變該引腳的電壓，從而調(diào)節(jié)輸出電流，二者的關(guān)系可以用圖表表示如下：

圖9:輸出電流隨DIM引腳電壓變化曲線

由圖9可以看出輸出電流隨DIM引腳電壓變化而變化，因此可以看出可控硅調(diào)光是通過對輸入電壓進行斬控，再通過外圍電路改變DIM引腳電壓，從而改變采樣基準(zhǔn)，使輸出電流改變。

圖10:額定負載下的效率

基于DU8608可控硅調(diào)光的LED驅(qū)動減少了不必要的電光線，從而進一步發(fā)揮LED照明節(jié)能環(huán)保以及光線可調(diào)性好的優(yōu)勢。同時由圖10可知DU8608在額定負載下的工作效率為85%以上，且電網(wǎng)電壓波動變化不會對其效率造成太大影響。因此該電路不僅能實現(xiàn)調(diào)光功能，滿足日常需要，且保證了工作效率，是一個良好的LED驅(qū)動方案。

5.發(fā)展前景與展望

可控硅的優(yōu)勢是和白熾燈鹵素?zé)艚Y(jié)成了聯(lián)盟，占據(jù)了很大的調(diào)光市場。如果LED想要取代可控硅調(diào)光的白熾燈和鹵素?zé)魺艟叩奈恢?，就也要和可控硅調(diào)光兼容。

為了更方便、更廣泛的應(yīng)用LED,就需要我們研發(fā)出更多能直接兼容現(xiàn)有可控硅調(diào)光的驅(qū)動芯片，這樣我們就可以直接替換白熾燈，使LED具有更廣泛的市場。本文介紹的就是占空比公司提供的能兼容可控硅調(diào)光的芯片DU8608.與其他方案相比，它具有較大的調(diào)光范圍且保證額定負載下的工作效率，因此具有良好的發(fā)展前景。

結(jié)論：由于可控硅調(diào)光破壞了正弦波的波形，從而降低了功率因素值，同時非正弦的波形加大了諧波系數(shù)等缺點。所以未來的發(fā)展上我們要進一步改進IC,使調(diào)光時要在保證效率的前提下完成較大的功率因數(shù)值。如果保證了功率因數(shù)和效率，LED作為新型能源的優(yōu)勢日益顯著，將會逐漸代替白熾燈，成為新一代的日常照明源。