1、浅析可调光强度的 LED 驱动电源设计摘要：本文综合分析了目前 LED 照明灯具的几种调光方式；对比几种调光技术的发展和应用情况；并提供了目前 LED 驱动电源可调光强度的设计方法及相应解决方案。 关键词：LED 照明；驱动电源技术；可调光强度；节能 中图分类号： TD625 文献标识码： A 一、引言： LED 照明以其发光效率高，使用寿命长，亮度控制简单和环保的优势，迅速受到广大用户的欢迎。作为新型的节能光源，LED 灯具会逐步地取代传统的白炽灯泡。LED 照明的不断普及对调光和控制技术提出了越来越高的要求。当前用户主要关心的是，LED 灯具必须要使用安全、重量轻、寿命长、不影响用户健康，
2、并可适用于现有的调光设备以及可以承受的价格。并且 LED 照明灯具调节亮度功能的调光器目前在 LED 照明上显得十分的重要，也是目前 LED 灯具和显示屏等必须注重的环节。如今 LED 照明灯具已经成为 21 世纪新型的主流技术，标志之一就是大量 LED 照明灯具标准和规范的陆续出台。目前照明既要用针对白炽灯的调光器来实现调光控制功能，又要实现高功率因数性能，因此对目前的 LED 驱动电源设计提出了更高的要求，是否兼容白炽灯的调光系统，是否满足新的数字化调光系统的需求等，这些都是以后我们在 LED 驱动电源设计是必须解决的问题。 二、LED 调光技术分析 随着照明灯具的飞速发展，用户对照明灯具
3、智能化程度的要求越来越高，希望通过智能化调光能进一步实现节能减排，而 LED 的可控性特点非常好的顺应了市场的需求，可以做多种调光方式满足不同用户的各种需求，以下我们简单分析目前大量应用的几种 LED 调光技术。1、(TRIAC)可控硅调光技术； 普通的白炽灯和卤素灯通常采用可控硅来调光。因为白炽灯和卤素灯是一个纯阻器件，它不要求输入电压一定是正弦波，因为它的电流波形永远和电压波形一样，所以不管电压波形如何偏离正弦波，只要改变输入电压的有效值，就可以调光。采用可控硅就是对交流电的正弦波加以切割而达到改变其有效值的目的。负载是和可控硅开关串联的。可控硅调光电路的原理图和波形图如图 1 所示： 图
4、 1 可控硅调光电路图及波形图 改变可变电阻的分压比就可以改变其导通角，从而实现改变其有效值的目的。通常这个电位器带一个开关，接在 n 的输入端，用于开关灯。LED 灯要想实现可调光，其电源必须能够分析可控硅控制器的可变相位角输出，以便对流向 LED 的恒流进行单向调整。在维持调光器正常工作的同时做到这一点非常困难，往往会导致性能不佳。问题可以表现为启动速度慢，闪烁、光照不均匀，或在调整光亮度时出现闪烁。此外，还存在元件间不一致以及 LED 灯发出不需要的音频噪声等问题。这些负面情况通常是由误触发或过早关断可控硅以及 LED 电流控制不当等因素共同造成的。误触发的根本原因是在可控硅导通时出现了
5、电流振荡。可控硅导通时，AC 市电电压几乎同时施加到 LED 灯电源的 LC 输入滤波器，施加到电感的电压阶跃会导致振荡。如果调光器电流在振荡期间低于可控硅电流，可控硅将停止导电。可控硅触发电路充电，然后重新导通调光器。这种不规则的多次可控硅重启动，可使 LED 灯产生不需要的音频噪声和闪烁。设计更为简单的 EMI 滤波器有助于降低此类不必要的振荡。要想实现成功调光，输入 EMI 滤波器电感和电容还必须尽可能地小。 2、脉冲宽度调制(PWM)调光技术 脉冲宽度调制(PWM)调光是经过调节使驱动电流呈方波状，其脉冲宽度可变，经过对脉冲宽度的调制转变为调制 LED 灯连续点亮的时间，也同时转变了输
6、入功率，从而到达节能、调光的目标。频率跟平常一样大概在 200Hz10KHz;因为人的眼睛视觉的滞后性，不会感觉得到光源在调光过程中产生的闪耀现象 脉冲宽度调制(PWM)调光的优点： 不会产生任何色谱偏移； 可以有极高的调光精确度。因为脉冲波形完全可以控制到很高的精度； 可以和数字控制技术相结合来进行控制。因为任何数字都可以很容易变换成为一个 PWM 信号。 即使在很大范围内调光，也不会发生闪烁现象。 脉宽调光要注意的问题： 脉冲频率的选择：因为 LED 是处于快速开关状态，假如工作频率很低，人眼就会感到闪烁。为了充分利用人眼的视觉残留现象，它的工作频率应当高于 100Hz,最好为 200Hz
7、. 消除调光引起的啸声： 虽然 200Hz 以上人眼无法察觉，可是一直到20kHz 却都是人耳听觉的范围。这时候就有可能会听到丝丝的声音。解决这个问题有两种方法，一是把开关频率提高到 20kHz 以上，跳出人耳听觉的范围。但是频率过高也会引起一些问题，因为各种寄生参数的影响，会使脉冲波形（前后沿）产生畸变。这就降低了调光的精确度。另一种方法是找出发声的器件而加以处理。 3、模拟调光 模拟调光是通过改变 LED 回路中电流大小达到调光， 电源电压不变， 通过改变 R 的电阻值来改变回路中的电流， 从而达到改变 LED 亮度的效果。很多其他模拟调光都是采用这种方法的延伸， 其优点是电流可连续， 但
8、可调节电流的范围往往受到硬件的限制， 调节档位不多， 对于要求亮度感应敏感的高精度采光设备， 这种方法不够理想。 三、可控硅调光电源设计 如图 2 所示为基于 NCL30000 的 TRIAC 调光离线式 LED 驱动电源电路图；这种 AC-DC 恒流电路包含以下几部分电路：TRIAC 调光器、单级 PFC控制器、变压器、恒压恒流反馈控制电路。整个电路的核心是 NCL30000控制 IC。 图 2 基于 NCL30000 的 TRIAC 调光离线式 LED 驱动电源电路图 NCL30000 与一般的 PWM 控制调光芯片采用的导通角检测电路不同，NCL30000 采用的方式是检测输入电压的有效
9、值以限制输出功率的方式来实现调光；但该系统具有反馈控制环路保证输出功率的稳定，故可以实现调光控制，LED 驱动器将有两种不同的控制模式，当调光器不调光时，电路工作在副边控制模式下，从而为 LED 提供稳定的工作电流，当调光器开始调光后，即导通角度开始逐渐减小，系统将工作在开环模式，进入原边控制模式，并限制功率的输出。为了达到这个目的，系统的导通时间和输入电压成反比关系，并且当输入电压低于设定的调光电压时，导通时间将达到最大，并且不在变化，这就是系统的最大导通时间控制。四、PWM 调光和线性相结合的电源设计 图 3 为基于 HV9961 离线式支持 PWM 和线性调光的电源电路图，该电源包括以下
10、电路：整流滤波电路、调光控制电路、降压恒流控制电路，电流检测电路。整个电路核心为 HV9961 控制 IC 。该芯片内部集成了PWM 调光电路、线性调光电路。只需外部提供简单的 PWM 调光信号或者模拟电压信号就可以实现 LED 的调光控制。 图 3 基于 HV9961 的离线式支持 PWM 和线性调光电路图 五、小结 通过本文对目前 LED 调光技术的原理及优缺点分析，并针对目前常用可控硅调光器和 PWM 调光器的应用环境，分别提供了支持可控硅调光的电源设计方案和支持 PWM 及线性调光的电源设计方案。 参考文献： 1毛兴武等.新一代绿色光源 LED 及其应用技术M. 北京：人民邮电出版社，2008. 2LED TRIAC 调光方案实现简易的传统照明方案替代J.电子工程专辑.2009,06. 3ON Semiconductors.NCL30000Datasheet.2012. 4 Supertexinc.HV9961DB1.2012.
