怎樣使LED燈更好地實(shí)現(xiàn)單向線性調(diào)光？驅(qū)動(dòng)器IC設(shè)計(jì)有玄機(jī)

關(guān)于LED燈調(diào)光幾乎所有人都有感受，我們理想的調(diào)光是光線從暗到明，或者從明到暗，這種單向穩(wěn)定的變化才是用戶最想要的體驗(yàn)。LED燈能否達(dá)到這樣的效果，和驅(qū)動(dòng)器IC的品質(zhì)有著很大的關(guān)系，LED驅(qū)動(dòng)器IC不僅要兼容市面上大多數(shù)的可控硅調(diào)光器，還要實(shí)現(xiàn)線性單向調(diào)光。為了滿足這些要求，Power Integrations公司推出適合于單級(jí)非隔離降壓式可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用的LYTSwitch-7 IC產(chǎn)品系列。這些器件采用超薄SO-8封裝，在無(wú)需散熱片的情況下可提供22 W輸出功率，并且效率高達(dá)86%，并且還具有高功率因數(shù)、精確調(diào)整率及全面的保護(hù)功能，適合于燈泡、燈管及其它照明裝置的應(yīng)用。

寬電壓輸入，低電壓調(diào)光
使用LYTSwitch-7 IC的LED驅(qū)動(dòng)器的電壓輸入范圍是90V到305V，同時(shí)在低電壓輸入下仍可實(shí)現(xiàn)調(diào)光。對(duì)于這一點(diǎn)可能會(huì)有人問，為什么不做高輸入電壓調(diào)光？高電壓輸入在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)肯定沒有問題，但是任何一個(gè)國(guó)家都是單一電壓，要么是低電壓，如日本、美國(guó)，要么是高電壓，如中國(guó)、歐洲，因此LED驅(qū)動(dòng)器要么定位在高壓要么定位在低壓即可滿足用戶需求。但在某些國(guó)家，比如美國(guó)，其照明市場(chǎng)分為商用和民用，而商用照明的供電電壓往往是高壓輸入，并不需要高壓輸入時(shí)具有調(diào)光功能。LYTSwitch-7 LED驅(qū)動(dòng)器IC既可應(yīng)對(duì)寬電壓輸入范圍，又可以實(shí)現(xiàn)在低電壓下調(diào)光，而且是在保證輸出電流恒定的情況下實(shí)現(xiàn)寬電壓輸入。因而可以同時(shí)滿足美國(guó)商業(yè)及民用照明需要。

集成保護(hù)，安全性更高
在分離元器件的驅(qū)動(dòng)器方案當(dāng)中，如果想增加某一項(xiàng)保護(hù)需要增加更多器件來實(shí)現(xiàn)。而PI的電路保護(hù)是完全集成的。這樣的優(yōu)勢(shì)有三點(diǎn)，第一，在輸入過壓-浪涌的情況下，輸入過壓保護(hù)可以對(duì)LED負(fù)載進(jìn)行保護(hù)。比如當(dāng)電路遇到雷電時(shí)，只要電路中出現(xiàn)雷電，母線中就會(huì)出現(xiàn)高壓，IC會(huì)相應(yīng)停止開關(guān)操作，后面的LED燈都會(huì)避免高壓危害；第二，提供輸出過流、過壓(OVP)、短路及負(fù)載開路保護(hù)。比如負(fù)載開路時(shí)，電壓會(huì)持續(xù)升高，負(fù)載端的電容很容易損壞，而輸出過壓保護(hù)可以在此故障情況下對(duì)輸出電容提供保護(hù)。第三，驅(qū)動(dòng)器過熱時(shí)輸出電流降低并最終實(shí)現(xiàn)完全關(guān)斷的的熱折返保護(hù)。比如，當(dāng)大廈失火時(shí)，隨著周圍環(huán)境溫度的增加，LED燈并非馬上熄滅而是亮度慢慢變暗，從而給里面的人逃生機(jī)會(huì)。如圖1，更神奇的是，當(dāng)溫度達(dá)到更高時(shí)，燈具會(huì)完全熄滅，而一旦外部溫度恢復(fù)至正常范圍，燈具會(huì)自行恢復(fù)照明。

圖1：先進(jìn)的熱管理性能–燈泡可在異常環(huán)境溫度下仍然提供照明輸出

三個(gè)因素決定EMI很低，兼容大多數(shù)可控硅調(diào)光器
EMI是所有調(diào)光驅(qū)動(dòng)器方案面臨的一個(gè)問題。它不但與EMI濾波器元件的成本有關(guān)，還涉及到對(duì)前端連接的可控硅調(diào)光器兼容問題。使用LYTSwitch-7的LED驅(qū)動(dòng)器其EMI很低。主要來自于以下三個(gè)方面的原因：第一，“安靜”的源極節(jié)點(diǎn)（源極電位）用于散熱。由于其特殊的MOSFET工藝，在此方案中IC的散熱方式是通過源極進(jìn)行散熱，而在降壓型、開關(guān)管位于下端的電路結(jié)構(gòu)當(dāng)中，MOSFET源極的電位不隨其開關(guān)而變化，因而電氣上是個(gè)低噪聲節(jié)點(diǎn)，EMI會(huì)很低；第二，工作在臨界模式。由于電感電流工作于臨界導(dǎo)通模式，因而其工作頻率不停變化。噪聲能量分布于不同頻率點(diǎn)上，因而其EMI也會(huì)比較低；第三，開關(guān)管位于低端的電路結(jié)構(gòu)，這樣在PCB板上可以將源極的鋪銅面積做大，而將漏極的鋪銅面積做小，這樣既保障了IC本身的散熱，又兼顧了EMI 。

EMI低不僅可以節(jié)省EMI濾波器成本，同時(shí)由于EMI較低，因而可以采用相對(duì)數(shù)值較小的輸入濾波元件，而數(shù)值小意味著與可控硅內(nèi)部電路發(fā)生諧振的幅值會(huì)降低，從而大大降低了在調(diào)光導(dǎo)通角較小時(shí)輸入電流低于可控硅維持電流的可能性，進(jìn)而幫助驅(qū)動(dòng)器兼容市面上大多數(shù)的可控硅調(diào)光器，提高了燈具的兼容性。

獨(dú)有的算法可提供高功率因數(shù)以及精確的調(diào)整率

圖2：電感電流分布

怎樣實(shí)現(xiàn)精確的恒流控制是很多LED驅(qū)動(dòng)器IC廠商一直考慮的問題。如圖2所示，為實(shí)現(xiàn)高的功率因數(shù)，通常開關(guān)管的電流都會(huì)跟隨輸入電壓的波形進(jìn)行變化。而一旦輸入端出現(xiàn)任何噪聲及低頻擾動(dòng)，隨開關(guān)管電流的響應(yīng)，都會(huì)在輸出端的LED驅(qū)動(dòng)電流上顯現(xiàn)出來，從而造成照明亮度的響應(yīng)變化，影響人的視覺體驗(yàn)。而Power Integrations的LYTSwitch-7方案則采用一個(gè)交流半波周期中當(dāng)中某個(gè)時(shí)段采用的是限流工作模式，即電感的峰值電流不隨輸入電壓而變化，從而可以對(duì)輸入噪聲進(jìn)行抑制，輸出端的電流對(duì)輸入端的噪聲不敏感。避免了輸出照明受交流供電影響的情況。而輸出恒流的控制是通過維持一個(gè)交流半波中電感電流的平均值不變來實(shí)現(xiàn)的。因此其恒流精度對(duì)應(yīng)不同的輸入電壓、負(fù)載及批量生產(chǎn)條件下均可保證。另外，相對(duì)于傳統(tǒng)控制方法，由于峰值電流比較低，因而MOSFET利用率高，同時(shí)儲(chǔ)能電感也可以減小，再加上方案本身獨(dú)特的供電方式，電感上不需要額外的耦合繞組，進(jìn)而可以采用低成本的市售標(biāo)準(zhǔn)電感。這大大增加了方案的吸引力。

高性價(jià)比，無(wú)泄放電路
泄放電路是很多用于調(diào)光應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)器中需要的電路。其可以幫助燈具兼容市場(chǎng)上眾多的調(diào)光器。其工作原理是當(dāng)調(diào)光角度較小時(shí)（調(diào)光過程中燈具照明比較暗的情況下），可控硅調(diào)光器一旦開通，驅(qū)動(dòng)器的輸入電流必須高于可控硅本身的維持電流閥值，否則可控硅可能會(huì)提前關(guān)斷，從而造成輸出照明閃爍或熄滅。為了保證輸入電流足夠高，泄放電路往往作為“負(fù)載”來增大輸入端的電流。這樣做的問題是泄放電路大大增加了驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的發(fā)熱，降低了驅(qū)動(dòng)器的效率，而溫度的增加也會(huì)對(duì)驅(qū)動(dòng)器的可靠性及壽命造成影響。而LYTSwitch-7 LED驅(qū)動(dòng)器方案中卻沒有泄放電路，可控硅依然可以維持導(dǎo)通狀態(tài)，這是如何做到的呢？

使用LYTSwitch-7 IC的LED驅(qū)動(dòng)器方案由于在交流半波周期的中心部分采用的是限流工作方式，因而期間傳送至負(fù)載的功率跟傳統(tǒng)方法相比比較低，而在電流限制期間缺失的功率卻在交流半波周期的起始端及結(jié)束端進(jìn)行傳送，這樣使得該方案與其它傳統(tǒng)控制方法相比，在調(diào)光角度比較小的情況下，輸入端的輸入電流更高，從而間接起到了泄放電路“增加輸入電流”的目的。正是LYTSwitch-7這種特殊的控制方法帶來了無(wú)需泄放電路的方案優(yōu)勢(shì)。這極大地簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)器方案、降低了驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部溫升、提高了驅(qū)動(dòng)器的壽命和可靠性。

也正是有以上的技術(shù)特色才使得Power Integrations的LYTSwitch-7 IC產(chǎn)品能夠給用戶帶來友好的調(diào)光體驗(yàn)，而且BOM元件數(shù)減至最少，比傳統(tǒng)電路約少40%，可以幫助用戶極大地節(jié)約成本，見圖3評(píng)估板。

圖3：A19及蠟燭燈

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