智能數(shù)字功率控制器優(yōu)化LED調(diào)光系統(tǒng)

全球氣候暖化危機(jī)和能源緊缺在進(jìn)一步推動(dòng)LED照明的普及，LED照明具有環(huán)保、光效高和壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，但在完全取代具有墻上型調(diào)光器的白熾燈方面，LED照明還存在兼容性差的先天不足。其主要原因在于：1)現(xiàn)有的調(diào)光器都是針對(duì)白熾燈設(shè)計(jì)的，而白熾燈呈現(xiàn)的是純阻性；LED作為固態(tài)半導(dǎo)體照明器件，需要恒定的直流電流驅(qū)動(dòng)，所以LED照明一般都需要驅(qū)動(dòng)器從交流110V/220V轉(zhuǎn)換到所需要的直流電流；2)調(diào)光器種類繁多，而且工作原理各不相同，包括前切型、后切型和智能型等；3)LED照明器的種類也很多。這樣一來(lái)，對(duì)于不同的LED照明匹配不同類型的調(diào)光器；LED的驅(qū)動(dòng)器面臨巨大挑戰(zhàn)；其中，可靠性和安全性尤為重要。照明屬于消費(fèi)電子產(chǎn)品，直接接觸千家萬(wàn)戶的消費(fèi)者，不僅價(jià)格要適當(dāng)，更重要的是要安全可靠；即便是任一元器件失效或調(diào)光器與LED不匹配，也不能造成漏電、過(guò)熱、過(guò)流等任何安全故障。

針對(duì)LED照明市場(chǎng)的發(fā)展，多家IC制造商推出了應(yīng)用于調(diào)光LED燈具的驅(qū)動(dòng)方案。本文介紹的iW3610是兼容傳統(tǒng)前后切相式調(diào)光器的數(shù)字控制器，可自動(dòng)識(shí)別切相調(diào)光器，配合不同的工作模式，使整個(gè)系統(tǒng)始終工作在優(yōu)化狀態(tài)。

LED照明驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

LED是一種單向電流型固態(tài)半導(dǎo)體發(fā)光器件，它是傳統(tǒng)二極管的一個(gè)分支；因此LED也具有二極管的特性：1)工作結(jié)溫必須在規(guī)定的范圍內(nèi)，以保證其正常工作壽命；2)只有當(dāng)其承受的電壓超過(guò)正向電壓時(shí)，LED才開(kāi)始有電流通過(guò)，并發(fā)光；作為發(fā)光器件，LED照明還具有其它特性：

1)照明要求：a.電流的調(diào)節(jié)精度要高；b.沒(méi)有閃爍和眩光；c.電流的紋波要穩(wěn)定。

2)散熱設(shè)計(jì)要點(diǎn)：a.非隔離驅(qū)動(dòng)器便于散熱器的設(shè)計(jì)和成本控制；b.高效率的驅(qū)動(dòng)器，減少功率耗散；c.過(guò)熱調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)輸出光通量當(dāng)溫度超過(guò)安全結(jié)溫時(shí)。

3)安全可靠性要點(diǎn)：a.任一器件發(fā)生故障(短路、開(kāi)路、浮動(dòng))均應(yīng)導(dǎo)致LED照明的關(guān)斷保護(hù)；b.可靠的過(guò)熱過(guò)流保護(hù)；c.LED開(kāi)路和短路保護(hù)。

當(dāng)然，要普及LED照明到千家萬(wàn)戶，成本是最重要的考慮因素，LED產(chǎn)品既要可靠還要體積小巧，并且高效、低成本。

LED調(diào)光照明應(yīng)用中的難點(diǎn)

相比于傳統(tǒng)的白熾燈，LED照明具有環(huán)保、光效高和壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。但在完全取代帶有入墻式調(diào)光器的白熾燈方面，LED照明尚存在兼容性差的缺點(diǎn)。傳統(tǒng)的調(diào)光器用于驅(qū)動(dòng)純電阻負(fù)載，調(diào)光器種類繁多，包括前沿切相調(diào)光器、后沿切相調(diào)光器、智能調(diào)光等等，而且功率都比較大(200W~600W)，需要提供阻性或類阻性的負(fù)載才能使調(diào)光器穩(wěn)定工作；當(dāng)連接容性負(fù)載時(shí)，調(diào)光器可能無(wú)法正常工作。

針對(duì)可控硅切相調(diào)光器，憑借簡(jiǎn)單的泄放電路(BLEEDER)去配合規(guī)格各異的可控硅調(diào)光器工作，很難讓人滿意。傳統(tǒng)調(diào)光器功率都比較大(200W~600W)，可控硅需要一定的保持電流維持其導(dǎo)通，而在小功率的LED驅(qū)動(dòng)應(yīng)用上，一般不能保證有足夠大的輸入電流去維持可控硅穩(wěn)定工作。這樣就有可能出現(xiàn)多次導(dǎo)通，因而供給LED驅(qū)動(dòng)的電壓及切相信號(hào)就不穩(wěn)定，如果調(diào)光信號(hào)處理不好則會(huì)造成LED閃爍。

另外，在歐美市場(chǎng)上，后沿切相型的調(diào)光器和鹵素?zé)粢灿袕V泛應(yīng)用。鹵素?zé)粜枰娮幼儔浩鬟M(jìn)行恒壓控制及軟啟動(dòng)以提高可靠性，但是鹵素?zé)舭l(fā)光效率也遠(yuǎn)不如LED燈，因此很多使用者也很想選用可調(diào)光的LED去替換鹵素?zé)艏半娮幼儔浩鳌?/p>

由于后沿切相的調(diào)光器需要和電容性的電子變壓器匹配，它的設(shè)計(jì)和工藝較普通的可控硅調(diào)光器更為復(fù)雜，內(nèi)部有精準(zhǔn)的時(shí)間常數(shù)電路去控制場(chǎng)效應(yīng)管的關(guān)斷而達(dá)到后沿切相的效果，還需要穩(wěn)定的電壓供這些電路工作；因?yàn)檫@種調(diào)光器中使用的開(kāi)關(guān)器件是場(chǎng)效應(yīng)管，一般都會(huì)并聯(lián)上較大值的X電容以保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)管，這樣就加大了在正弦波下降沿切相時(shí)的檢測(cè)難度。因此，針對(duì)后沿切相調(diào)光器設(shè)計(jì)的LED驅(qū)動(dòng)，既要能夠在任何切相位置保證調(diào)光器內(nèi)部電路工作，又要能夠提供很低的阻抗去準(zhǔn)確檢測(cè)切相位置，而且不能影響LED驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換效率。

智能數(shù)字調(diào)光控制器iW3610

iWatt公司推出的數(shù)字調(diào)光控制芯片采用高精度的初級(jí)恒流控制方式，無(wú)需光藕合器和元件繁多的次級(jí)反饋控制元件；功率轉(zhuǎn)化操作頻率高達(dá)200kHz，利于小體積高功率密度設(shè)計(jì)；特有的斬波式調(diào)光器的檢測(cè)技術(shù)，也改善了功率因數(shù)和諧波電流；輸出紋波電流小，優(yōu)化了LED的發(fā)光效率；內(nèi)置多重保護(hù)，外置NTC的程序化過(guò)溫保護(hù)。

iW3610的斬波電路就是針對(duì)可控硅和場(chǎng)效應(yīng)管調(diào)光器的特性而設(shè)計(jì)。如圖4所示，RcLcQcD1D2組成的電路既可以使調(diào)光器穩(wěn)定工作，又可以通過(guò)Boost電路改善功率因數(shù)，IC內(nèi)部的數(shù)字電路通過(guò)檢測(cè)電壓的變化率判斷切相信號(hào)的類別，從而智能化判斷其所配合的調(diào)光器。

當(dāng)iW3610檢測(cè)到可控硅切相的調(diào)光信號(hào)后，將工作在前沿切相模式。如圖5所示，當(dāng)可控硅關(guān)斷時(shí)，IC的Output_TR是高電位，使MOSFET導(dǎo)通，相當(dāng)于把BLEEDER電阻連接在調(diào)光器的輸出端，因?yàn)锽LEEDER的阻抗大小與常規(guī)的鎢絲燈相當(dāng)；當(dāng)可控硅導(dǎo)通時(shí)，Ouput_TR會(huì)輸出一組高頻的控制信號(hào)，斬波電路工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，斬波電路從輸入端吸取較多的電流，以維持可控硅工作；吸取的能量大部分通過(guò)Boost電路傳遞給初級(jí)電容。IC針對(duì)不同的輸入切相信號(hào)調(diào)整斬波電路的工作時(shí)間，避免了可控硅的多次導(dǎo)通。

當(dāng)iW3610檢測(cè)到場(chǎng)效應(yīng)三極管調(diào)光器時(shí)會(huì)工作在后沿切相模式。如圖6所示，當(dāng)調(diào)光器內(nèi)部的場(chǎng)效應(yīng)三極管導(dǎo)通時(shí)，IC的Output_TR給出的是一組高頻控制脈沖信號(hào)，斬波電路工作在Boost狀態(tài)，當(dāng)IC檢測(cè)到調(diào)光器內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)三極管截止時(shí)，Output_TR會(huì)跳變成高電平信號(hào)，斬波電路中的Qc導(dǎo)通，LED驅(qū)動(dòng)呈低輸入阻抗以還原交流輸入的切相波形。