提高LED照明的调光性能与实现无闪烁

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LED照明设计师面临的最大挑战之一是基于TRIAC的调光器中LED灯的调光性能。在许多情况下,与白炽灯泡相比,这会导致闪烁和减少调光范围。问题是基于TRIAC的调光器设计用于具有电阻负载的白炽灯。当LED开始与调光器一起使用时,低电流要求以及器件的非电阻性质导致TRIAC间歇性地开启和关闭,这产生闪烁效应。

LED和LED驱动器是非电阻性负载,其输入电流通常低于调光器中TRIAC的保持电流。这会导致闪烁和有限的调光范围。

LED驱动器制造商已经开发出新的解决方案来解决这一闪烁问题。一种方法是在LED驱动器中加入泄放和阻尼电路。泄放电路的作用是确保输入电流高于TRIAC的保持电流限制。阻尼电路“阻尼”电流振荡,这也有助于闪烁。

本文将研究几种可用的LED驱动器IC和设计,这些IC和设计将有助于实现无闪烁和快速启动调光性能,同时仍然提供高功率因数,高效率和低THD以实现良好的照明性能。 “这些TRIAC墙式调光器设计用于与白炽灯泡配合使用,白炽灯泡的额定工作功率更高,并具有电阻性能,”Intersil公司应用工程师Rakesh Anumula表示,“当从白炽灯泡迁移到任何一个CFL或LED照明,负载不再是电阻性的,但它是电感性或电容性的,因此调光器的行为与白炽灯泡的行为不同。“

“当调光器与LED驱动器的输入相互作用时,结果会闪烁,”Anumula补充道。 “它们引起某种共振,这使得TRIAC间歇性地打开/关闭,这导致输出处的光闪烁,这被视为闪烁。”

此外,由于负载现在不同,调光特性也是不同的。根据Anumula的说法,光强度或光输出不同。

问题在于TRIAC需要一定量的锁存电流和保持电流。 LED灯泡不满足此电流要求,这反过来意味着TRIAC将间歇性地打开和关闭。为了提供锁存和保持电流,LED驱动器IC制造商现在正在为其设计添加放电和阻尼电路。放电电路(通常是带有输入电容的小电阻)提供锁存和保持电流,并消除了TRIAC的失火。它可以实现为被动或主动泄放器。

Anumula指出,无源放电器可用于超低功率LED灯泡。这种解决方案的缺点是设计会受到影响,因为电阻器始终处于开启状态并且正在放电。

有源解决方案使用电阻和电容,但电阻仅在需要时开启。权衡的是,该解决方案需要一个有源开关来打开和关闭电阻,但它比无源泄放器解决方案提供更高的效率。

还需要一个阻尼电路来确保TRIAC不会失火。它使用一个与线路串联的小电阻,可以抑制输入电流波形,因此不会导致非常高的输入电流尖峰。阻尼电路还确保调光器在连接到多个LED灯时不会发生故障。 Anumula表示,连接多个LED的调光器中的大输入电流尖峰可能会超过TRIAC的额定值并导致其过早失效。

“如果在桥式整流器之后使用阻尼电路,可以使用MOSFET来控制电阻何时开启或关闭,”Anumula说。 “如果你在输入端使用它,在桥式整流器之前,你需要一个硅控制器整流器来确保电阻器在电路中或者不在电路中。”

如图1和图2所示,Intersil的ISL1903和ISL1904 LED驱动器控制器采用了调光器保持电路(DHC)。它是主动排气和阻尼电路的组合。有源泄放电路使用MOSFET,二极管,电阻和电容来提供一定量的保持和锁存电流。

IC

图1:ISL1903是一款高性能,临界导通模式(CrCM),单端降压LED驱动器控制器。它可以与DC输入转换器一起使用,但也支持使用功率因数校正(PFC)将AC电源单级转换为恒流源。 DHC引脚提供了在AC被阻断的时间段期间预加载基于TRIAC的调光器的方法,在AC传导时段的每个边缘处重叠以确保足够的保持电流。 DHC是一个开漏FET,用于控制外部电阻作为负载。

IC

图2:Intersil ISL1904可调光AC电源LED驱动器采用功率因数校正(PFC)和初级侧调节。它还可配置为脉冲宽调制(PWM)调光。

ISL1903支持降压转换器拓扑,包括隔离正激转换器和非隔离源返回降压转换器,而ISL1904则支持升压转换器拓扑和隔离反激转换器。

德州仪器(TI)的最新一代LED驱动器IC之一,LM3447(ED:请参见正文上方的D-K链接部分中的注释),还包含保持或泄放电路,以确保TRIAC具有足够的电流。根据德州仪器照明电源解决方案产品营销工程师John Perry的说法,当LED负载开始变低时,可以再次打开泄放电路以提供额外电流,以便TRIAC在低导通周期内保持导通状态。

当TRIAC触发时,它不需要太大电流来保持导通,但它通常会失去传导;电流非常接近LED负载,并且当它进一步变暗时,它需要较少的LED电流到调光器不能再导通的点。 Perry说,“这是它开始喋喋不休,开火和重新启动的时候,它最终将通过LED负载闪烁。”

在反激式拓扑结构中,如图3所示,带有两个电阻的LM3447 HOLD引脚提供了在需要时保持TRIAC导通所需的保持电流。随着调光器进一步变暗,保持电流开始,当传导高或接近满功率时,保持电流不会被施加,佩里说。

IC

图3:德州仪器(TI)LM3447采用了基于TRIAC的调光器的保持电流电路。来自调光器的保持电流通过反激PFC电路通过传输晶体管(QPASS)吸收,并受电阻器(RHLD1和RHLD2)的限制。 

LM3447 AC/DC LED驱动器是LM3445的扩展,包括调光器检测,相位解码器和可调节保持电流电路,用于隔离反激式LED照明应用中的无闪烁调光操作。据TI称,该器件的恒定功率调节可确保恒定的LED功率,从而使灯具在整个工作温度范围内的功效提高10%。还提供LM3447评估模块。

对于降压或降压 - 升压拓扑结构,设计人员可能需要考虑德州仪器公司的TPS92075(图4),它结合了数字电路和数字滤波,以解决一些调光问题。 TPS92075控制器设计用于相位可调,离线AC/DC LED灯和筒灯应用。

TI表示,它使用专有的输入电流控制方法来提高与电子变压器的兼容性,并实现PFC高于0.9,同时在TRIAC调光器中提供无闪烁调光。

IC

图4:在Texas Instruments TPS92075中,当导通角低于70%阈值时,输出由DC数字参考控制,基于角度感应(ASNS)上升到下降长度计数。为了改善TRIAC调光器兼容性,控制电平钳位在高低范围。通过实现在调光范围内将输出需求更高或更低的转换,它消除了对保持电路的需要。

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