LED照明如今已成为具有巨大节能潜力的主流技术,仅在中国,如果整个国家1/3的照明市场采用LED,预计每年可节约1亿千瓦时电量和减少2900万二氧化碳排放量。但是,这其中还存在一项障碍,即如何控制电压闪烁问题,这对于家庭或道路照明等应用都是一个通病。让我们来仔细分析这一问题,并了解一些可支持调暗和无闪烁运作的驱动器设计方案。
对于白炽灯而言,利用简单、低成本且先进的三端双向可控硅调光器即可进行调暗;此类调光器随处可见。而固态照明(SSL)或LED改造灯要真正取得成功,它们必须可以在与现有控制器和接线配合使用的情况下调暗。
但人们在调暗LED灯的过程中遇到了很多问题,最典型的问题就是闪烁和另外一些不良表现。要理解这一现象,首先有必要了解三端双向可控硅控制器的工作原理、LED技术以及两者如何相互作用的。
在典型的三端双向可控硅调光器中,电位计R2用于调整三端双向可控硅的相角,后者会在VC2超出二极管的导通电压时点亮在每个主要产生交流电压的边缘。当三端双向可控硅电流低于其保持电流时,它会关闭并必须等待C2重新加电后才能再次开启。施加的电压和通过灯丝的电流是调暗信号相角的一个函数,其值可在接近于0到180°范围内浮动。
LED灯通常包含一个用于提供均匀光漫射的LED阵列,这些阵列采用串联连接。每个LED的亮度均是通过其的电流的函数,且这些LED通常还有约为3.4V(也可能在2.8V-4.2V之间浮动)的正向电压降。要发出与相邻灯具一致的光度,就必须精确控制用于驱动LED阵列的电流供应,确保稳定供应。
三端双向可控硅和LED驱动器
要调暗LED灯,其电源供应必须解读来自三端双向可控硅控制器的可变相角输出,以单调调整至LED的恒定电流驱动。确保调光器正确工作的同时要实现这一点,通常会导致设备性能不佳,例如闪烁、启动慢、发光不均匀或在调整光度时闪烁,甚至还会发出恼人的噪音。而这通常是错误触发、三端双向可控硅过早关闭和LED电流控制不当一并造成的。错误触发的根本原因是三端双向可控硅点火时出现的电流振铃。此时AC电源电压几乎瞬时地施加到LED灯电源供应的LC输入滤波器,施加到电感上的电压阶跃就会导致振铃现象。如果在此期间通过调光器的电流低于三端双向可控硅触发电流,后者就会停止传导并触发电流重新加电,然后重新点燃调光器。这样便会在LED灯中产生恼人噪音和闪烁。利用简单的输入EMI滤波器可缓解不必要的振铃效应,且此类滤波器和电容器应尽可能小。
最坏的振荡效应发生90°相角(此时输入电压处于正弦波波峰并突然施加至LED灯的输入)和高压(此时调光器正向电流处于最低值)。如果需要深度调暗(相角接近于180°)和在低压线电源电压情况下,三端双向可控硅就可能会过早关闭。
如要可靠地调低光度,三端双向可控硅必须单调打开并保持在AC电压降至零的水平上。对三端双向可控硅来说,维持传导所需的保持电流通常为8-40mA;白炽灯很容易维持这一电流水平,但LED灯仅消耗与前者同等功率的10%左右,因此其电流很容易降至三端双向可控硅保持电流以下,从而导致过早关闭现象的发生。这也会导致闪烁和/或可调范围有限。
设计LED照明电源供应时也遇到一些其他难题。固态照明灯具的“能源之星”(EnergyStar)规范要求商业和工业应用必须具备最低为0.9的功率因数,此外还必须满足能效、输出电流精度、EMI等的苛刻要求。
关键字:LED照明 道路照明 固态照明
编辑:探路者 引用地址:合理的驱动器设计可优化LED照明
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