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[導讀]   多年來,制造商不斷向市場推出LED燈,其最終目標是要用來取代白熾燈和緊湊型熒光燈(CFL)。這些燈泡設計的演變經(jīng)歷了從非常簡單的不可調(diào)光方案,到高級但昂貴的可調(diào)光方案,再到性價比更高的可調(diào)光

  多年來,制造商不斷向市場推出LED燈,其最終目標是要用來取代白熾燈和緊湊型熒光燈(CFL)。這些燈泡設計的演變經(jīng)歷了從非常簡單的不可調(diào)光方案,到高級但昂貴的可調(diào)光方案,再到性價比更高的可調(diào)光方案。

  許多LED燈都宣稱可調(diào)光,但實際上,很多LED燈的性能并不十分理想,且由于所使用的調(diào)光器和電路負載不同而性能各異。有時,將LED燈安裝在設有調(diào)光器的室內(nèi)后,LED燈會出現(xiàn)閃爍且無法均衡調(diào)整光亮度的情況。

  這些缺陷是由于現(xiàn)階段美國使用的大部分調(diào)光器都是基于雙向晶閘管(TRIAC)二線前沿切相電路的,這些電路開發(fā)于20世紀60年代,適用于電阻式白熾燈。TRIAC是一種雙向半導體電源開關,由可變定時電路生成的脈沖觸發(fā),并在傳導電流高于保持電流時維持導通。調(diào)光器電路的種類有很多,使用了不同特性的器件以及不同的控制電路和濾波元件。

  LED燈的驅(qū)動器電路將交流輸入電源轉換為低壓直流電源,并維持一個穩(wěn)定電流,驅(qū)動高亮度LED負載獲得恒定光輸出。要想通過基于雙向晶閘管的調(diào)光器來調(diào)節(jié)基本的LED驅(qū)動器電路,就必須額外添加一些元器件來實現(xiàn)穩(wěn)定的調(diào)光器運行,并根據(jù)調(diào)光器相位角來調(diào)節(jié)輸出電流。

  由于調(diào)光器差異較大,所連接的LED調(diào)光電路性能也有所不同。由于現(xiàn)在還未出臺明確標準來劃分帶有調(diào)光器的LED燈泡的性能,使這一問題變得更加復雜。至多會有一些燈泡制造商提供調(diào)光器列表,列明他們認為可與其產(chǎn)品兼容的調(diào)光器。

  在美國能源部(DoE)的支持下,美國電氣制造商協(xié)會(NEMA)正著手制定適用于由切相調(diào)光器驅(qū)動的LED燈的調(diào)光標準,包括決定是否達到可接受性能的測試程序及指標。希望這一標準最終能夠幫助清理掉市場上那些聲明可調(diào)光,但性能遠未達到終端用戶所期待的柔和、穩(wěn)定如白熾調(diào)光預期的產(chǎn)品。

  大部分LED燈泡使用的驅(qū)動電路都包含降壓、升降壓或反激式轉換器。在各種情況下,都可通過修改基本電路來實現(xiàn)可接受的調(diào)光性能,同時不會增加器件的成本和復雜性。這樣就可以提升可調(diào)光驅(qū)動器的性能,進而滿足消費照明市場的成本節(jié)約要求。

  兼容性的問題在于TRIAC調(diào)光器電路如何與LED驅(qū)動器輸入電路進行交互。

  單級LED驅(qū)動器示例電路(圖2)取代了圖1中代表白熾燈的電阻性負載。盡管這一電路由于在穩(wěn)定運行時的高功率因數(shù)模擬了電阻性負載,但其前端也包括了EMI濾波所必需的電容器。此外,LED燈泡所消耗的功率比同等白熾燈的25%還要少。結果就是,在TRIAC觸發(fā)前,調(diào)光器在交流線路半周期中主要承受電容性負載。

 

  圖1:典型的調(diào)光器原理圖

 

  圖2:基本的LED驅(qū)動器電路框圖

  圖1所示的雙向觸發(fā)電路若想要按照設計目標運行,還需要一條電阻性路徑至中性點。如果改為電容性負載,這一電路將無法正常運行,并導致周期轉換時出現(xiàn)不穩(wěn)定觸發(fā)的情況,具體表現(xiàn)為輸出的光不停閃爍。調(diào)光器和LED驅(qū)動器中的EMI濾波器,還會由TRIAC啟動時的高dv/dt引起振鈴振蕩。

  振蕩幅度達到一定程度時,會導致電流降至“保持電流”以下,從而使TRIAC關閉,而無法在下一次線路過零之前維持TRIAC導通。這一情況通常會由于觸發(fā)電路重觸發(fā)TRIAC,導致其在單個線路半周期中多次開和關。除了給元器件造成應力并很可能破壞調(diào)光器或LED驅(qū)動器之外,這將導致出現(xiàn)嚴重的閃爍以及令人不悅的噪聲情況。

  假設使用LED燈所適用的調(diào)光器來替代該調(diào)光器并不是理想的解決方案,那么可以通過修改LED驅(qū)動來解決上述問題,從而實現(xiàn)LED驅(qū)動與標準調(diào)光器的搭配使用。

 

  圖3:可調(diào)光LED驅(qū)動示意圖

  示例電路(圖3)為單級LED反激式轉換器,同樣的技術也可用于升降壓或適應性降壓轉換器。首先,必須在設計輸入濾波器時將輸入電容保持在最小值,這樣也有助于實現(xiàn)最佳的功率因數(shù)。

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