LED去电源化探析之降低频闪的通用技术路线

 业界目前正在讨论“去电源化”， “去电源化”包括完全不采用电源或者去掉电源的部分功能模块。去电源化也可以在不同的层级进行，包括：在芯片层级进行、在电子元器件层级进行、在灯具层级进行。

　　目前的情况：去电源化在不同的层级，采用完全不同原理的多种专利技术路线被提出。

　　问题：有没有一种可以应用于所有层级的通用的降低频闪的原理和基于此原理的专利技术路线，而不需要对于不同的层级采用不同的原理去开发不同的技术路线呢？

　　本文介绍一种通用的降低频闪的原理和基于此原理的技术路线。

　　这种技术路线的特点是：其原理既可以应用于芯片层级、电子元器件层级、以及灯具/电路层级。

　　下面简单介绍通用的降低频闪的原理。

　　为了简化画图和分析，假定：

　　(1)移相后的交流电流的波形不变，仍是正弦波。虽然在移相后，波形有变化，但是，并不影响通用的降低频闪的原理，只需要调整不同的输入的交流电流之间的相位差，以便达到所需的结果；

　　(2)在工作电流范围内，发光亮度基本上与电流成正比(Lumileds)。因此，虽然下面只对电流进行分析，结论适用于发光亮度。

　　众所周知，频闪对人眼的影响主要取决于光亮度的最大值与最小值的差别(百分比频闪)和最大值的振荡频率。

　　通用的基本原理是：输入不同相位的交流电流，分别整流后进行叠加，形成总电流，采用总电流驱动LED灯具，其结果是：

　　(1)总电流的最大值的振荡频率增加，因此，光亮度的最大值的振荡频率增加；

　　(2)总电流的最大值与最小值的差别减小，因此，光亮度的百分比频闪减小；

　　(3)叠加后的总电压没有等于0(或者小于2.8伏)的瞬间。因此，灯具没有不发光的瞬间。

　　因此，总电流驱动的LED灯具的亮度的频闪降低到与其他灯具相同甚至更好的水平，即，这种原理可以达到对于灯具的频闪的要求。

　　下面举几个例子来说明通用的降低频闪的原理是如何降低频闪的。

　　一个输入的正弦交流电流：整流后的归一化的波形如下(图16)：

　　对于2个相位差为90°的输入的正弦交流电流：分别整流后，但是没有互相叠加，2个脉动直流电流的归一化图形如图17：

　　把图17展示的2个相位差为90°的输入的正弦交流电流分别整流后得到的脉动直流电流进行叠加，得到总电流。归一化的总电流的波形如图18(以2个无相位差的输入的正弦交流电流分别整流、叠加后的总电流的最大值为1)。

　　为了展示通用的降低频闪的原理的功能，进行比较：图18中，菱形( )表示2个无相位差的输入的正弦交流电流分别整流、叠加后的归一化的总电流，方形( )表示2个相位相差为90°的输入的正弦交流电流分别整流、叠加后的归一化的总电流(以2个无相位差的输入的正弦交流电流整流、叠加后的总电流的最大值为1)。

　　对于3个相位分别为0°，60°，120°的输入的正弦交流电流：分别整流、叠加后的归一化的总电流的波形如图19(以3个无相位差的输入的正弦交流电流分别整流、叠加后的总电流的最大值为1)：

　　为了展示通用的降低频闪的原理的功能，进行比较：图19中，菱形表示三个无相位差的输入的正弦交流电流分别整流、叠加后的归一化的总电流，方形表示3个相位相差为60°的输入的正弦交流电流分别整流后，叠加的归一化的总电流。

　　图18和图19很明显的展示：

　　(1)不同相位的输入的交流电流分别整流后叠加的总电流的最大值和最小值之间的差别减小，因此，总电流所产生的光亮度的百分比频闪减小；

　　(2)总电流以及产生的光亮度的最大值的振荡频率增加；

　　(3)总电流以及产生的光亮度没有为0的瞬间。

　　因此，采用通用的频闪对人眼的影响减小。

　　如果继续增加输入的交流电流的数目，例如，输入4个相位分别为：0°，45°，90°，135°的交流电流，甚至输入8个相位分别为：0°，22.5°，45°，67.5°，90°，112.5°，135°，157.5°的交流电流，分别整流后叠加，总电流的最大值和最小值之间的差别进一步减小，因此，产生的光亮度的百分比频闪进一步减小；总电流以及产生的光亮度的最大值的振荡频率进一步增加。

　　对图18、图19、相位差为45°的4个交流电流以及相位差为22.5°的8个交流电流进行分析，得到如图20所示的结果。

　　图20中，菱形表示分别整流后叠加的总电流的最小值与最大值的百分比(右侧纵坐标)，方形表示分别整流后叠加的总电流的最大值的振荡频率(左侧纵坐标)。

　　以50Hz交流电为例，整流后，脉动电流最大值的振荡频率为100Hz。

　　图20展示：

　　1)对于2个相位差为90°的输入交流电流，分别整流后叠加的总电流的最小值是最大值的70%，最大值的振荡频率大于200Hz。因此，总电流产生的光亮度的百分比频闪 = 18%。好于采用磁镇流器的日光灯的百分比频闪28%(图13b)。

　　2)对于3个相位角分别为0°、60°、120°的输入的交流电流，分别整流后叠加的总电流的最小值是最大值的85%以上，最大值的振荡频率接近400Hz。因此，总电流产生的光亮度的百分比频闪 = 8%。达到白炽灯的百分比频闪8%(图14b)的水平。

　　3)对于4个相位角分别为0°、45°、90°、135°的输入的交流电流，分别整流后叠加的总电流的最小值是最大值的90%以上，最大值的振荡频率接近500Hz。因此，总电流产生的光亮度的百分比频闪 = 5%。达到采用电子镇流器的节能灯的百分比频闪5%(图15b)的水平。

　　4)输入的交流电流的个数越多，相应的相位差的角度越小，分别整流后叠加的总电流的最小值与最大值的比例越接近于1，最大值的振荡频率越大。因此，总电流产生的光亮度的百分比频闪越小，光亮度的最大值的振荡频率越大，频闪对人眼的影响越小。

　　其中，百分比频闪是按照能源之星(图21)的公式计算。