LED去電源化探析之降低頻閃的通用技術(shù)路線

業(yè)界目前正在討論“去電源化”， “去電源化”包括完全不采用電源或者去掉電源的部分功能模塊。去電源化也可以在不同的層級進(jìn)行，包括：在芯片層級進(jìn)行、在電子元器件層級進(jìn)行、在燈具層級進(jìn)行。

　　目前的情況：去電源化在不同的層級，采用完全不同原理的多種專利技術(shù)路線被提出。

　　問題：有沒有一種可以應(yīng)用于所有層級的通用的降低頻閃的原理和基于此原理的專利技術(shù)路線，而不需要對于不同的層級采用不同的原理去開發(fā)不同的技術(shù)路線呢？

　　本文介紹一種通用的降低頻閃的原理和基于此原理的技術(shù)路線。

　　這種技術(shù)路線的特點是：其原理既可以應(yīng)用于芯片層級、電子元器件層級、以及燈具/電路層級。

　　下面簡單介紹通用的降低頻閃的原理。

　　為了簡化畫圖和分析，假定：

　　(1)移相后的交流電流的波形不變，仍是正弦波。雖然在移相后，波形有變化，但是，并不影響通用的降低頻閃的原理，只需要調(diào)整不同的輸入的交流電流之間的相位差，以便達(dá)到所需的結(jié)果；

　　(2)在工作電流范圍內(nèi)，發(fā)光亮度基本上與電流成正比(Lumileds)。因此，雖然下面只對電流進(jìn)行分析，結(jié)論適用于發(fā)光亮度。

　　眾所周知，頻閃對人眼的影響主要取決于光亮度的最大值與最小值的差別(百分比頻閃)和最大值的振蕩頻率。

　　通用的基本原理是：輸入不同相位的交流電流，分別整流后進(jìn)行疊加，形成總電流，采用總電流驅(qū)動LED燈具，其結(jié)果是：

　　(1)總電流的最大值的振蕩頻率增加，因此，光亮度的最大值的振蕩頻率增加；

　　(2)總電流的最大值與最小值的差別減小，因此，光亮度的百分比頻閃減??；

　　(3)疊加后的總電壓沒有等于0(或者小于2.8伏)的瞬間。因此，燈具沒有不發(fā)光的瞬間。

　　因此，總電流驅(qū)動的LED燈具的亮度的頻閃降低到與其他燈具相同甚至更好的水平，即，這種原理可以達(dá)到對于燈具的頻閃的要求。

　　下面舉幾個例子來說明通用的降低頻閃的原理是如何降低頻閃的。

　　一個輸入的正弦交流電流：整流后的歸一化的波形如下(圖16)：

　　對于2個相位差為90°的輸入的正弦交流電流：分別整流后，但是沒有互相疊加，2個脈動直流電流的歸一化圖形如圖17：

　　把圖17展示的2個相位差為90°的輸入的正弦交流電流分別整流后得到的脈動直流電流進(jìn)行疊加，得到總電流。歸一化的總電流的波形如圖18(以2個無相位差的輸入的正弦交流電流分別整流、疊加后的總電流的最大值為1)。

　　為了展示通用的降低頻閃的原理的功能，進(jìn)行比較：圖18中，菱形( )表示2個無相位差的輸入的正弦交流電流分別整流、疊加后的歸一化的總電流，方形( )表示2個相位相差為90°的輸入的正弦交流電流分別整流、疊加后的歸一化的總電流(以2個無相位差的輸入的正弦交流電流整流、疊加后的總電流的最大值為1)。

　　對于3個相位分別為0°，60°，120°的輸入的正弦交流電流：分別整流、疊加后的歸一化的總電流的波形如圖19(以3個無相位差的輸入的正弦交流電流分別整流、疊加后的總電流的最大值為1)：

　　為了展示通用的降低頻閃的原理的功能，進(jìn)行比較：圖19中，菱形表示三個無相位差的輸入的正弦交流電流分別整流、疊加后的歸一化的總電流，方形表示3個相位相差為60°的輸入的正弦交流電流分別整流后，疊加的歸一化的總電流。

　　圖18和圖19很明顯的展示：

　　(1)不同相位的輸入的交流電流分別整流后疊加的總電流的最大值和最小值之間的差別減小，因此，總電流所產(chǎn)生的光亮度的百分比頻閃減??；

　　(2)總電流以及產(chǎn)生的光亮度的最大值的振蕩頻率增加；

　　(3)總電流以及產(chǎn)生的光亮度沒有為0的瞬間。

　　因此，采用通用的頻閃對人眼的影響減小。

　　如果繼續(xù)增加輸入的交流電流的數(shù)目，例如，輸入4個相位分別為：0°，45°，90°，135°的交流電流，甚至輸入8個相位分別為：0°，22.5°，45°，67.5°，90°，112.5°，135°，157.5°的交流電流，分別整流后疊加，總電流的最大值和最小值之間的差別進(jìn)一步減小，因此，產(chǎn)生的光亮度的百分比頻閃進(jìn)一步減小；總電流以及產(chǎn)生的光亮度的最大值的振蕩頻率進(jìn)一步增加。

　　對圖18、圖19、相位差為45°的4個交流電流以及相位差為22.5°的8個交流電流進(jìn)行分析，得到如圖20所示的結(jié)果。

　　圖20中，菱形表示分別整流后疊加的總電流的最小值與最大值的百分比(右側(cè)縱坐標(biāo))，方形表示分別整流后疊加的總電流的最大值的振蕩頻率(左側(cè)縱坐標(biāo))。

　　以50Hz交流電為例，整流后，脈動電流最大值的振蕩頻率為100Hz。

　　圖20展示：

　　1)對于2個相位差為90°的輸入交流電流，分別整流后疊加的總電流的最小值是最大值的70%，最大值的振蕩頻率大于200Hz。因此，總電流產(chǎn)生的光亮度的百分比頻閃 = 18%。好于采用磁鎮(zhèn)流器的日光燈的百分比頻閃28%(圖13b)。

　　2)對于3個相位角分別為0°、60°、120°的輸入的交流電流，分別整流后疊加的總電流的最小值是最大值的85%以上，最大值的振蕩頻率接近400Hz。因此，總電流產(chǎn)生的光亮度的百分比頻閃 = 8%。達(dá)到白熾燈的百分比頻閃8%(圖14b)的水平。

　　3)對于4個相位角分別為0°、45°、90°、135°的輸入的交流電流，分別整流后疊加的總電流的最小值是最大值的90%以上，最大值的振蕩頻率接近500Hz。因此，總電流產(chǎn)生的光亮度的百分比頻閃 = 5%。達(dá)到采用電子鎮(zhèn)流器的節(jié)能燈的百分比頻閃5%(圖15b)的水平。

　　4)輸入的交流電流的個數(shù)越多，相應(yīng)的相位差的角度越小，分別整流后疊加的總電流的最小值與最大值的比例越接近于1，最大值的振蕩頻率越大。因此，總電流產(chǎn)生的光亮度的百分比頻閃越小，光亮度的最大值的振蕩頻率越大，頻閃對人眼的影響越小。

　　其中，百分比頻閃是按照能源之星(圖21)的公式計算。