智能數字功率控制器優化LED調光系統

全球氣候暖化危機和能源緊缺在進一步推動LED照明的普及，LED照明具有環保、光效高和壽命長的特點，但在完全取代具有墻上型調光器的白熾燈方面，LED照明還存在兼容性差的先天不足。其主要原因在于：1)現有的調光器都是針對白熾燈設計的，而白熾燈呈現的是純阻性；LED作為固態半導體照明器件，需要恒定的直流電流驅動，所以LED照明一般都需要驅動器從交流110V/220V轉換到所需要的直流電流；2)調光器種類繁多，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，對于不同的LED照明匹配不同類型的調光器；LED的驅動器面臨巨大挑戰；其中，可靠性和安全性尤為重要。照明屬于消費電子產品，直接接觸千家萬戶的消費者，不僅價格要適當，更重要的是要安全可靠；即便是任一元器件失效或調光器與LED不匹配，也不能造成漏電、過熱、過流等任何安全故障。

針對LED照明市場的發展，多家IC制造商推出了應用于調光LED燈具的驅動方案。本文介紹的iW3610是兼容傳統前后切相式調光器的數字控制器，可自動識別切相調光器，配合不同的工作模式，使整個系統始終工作在優化狀態。

LED照明驅動器的設計要點

LED是一種單向電流型固態半導體發光器件，它是傳統二極管的一個分支；因此LED也具有二極管的特性：1)工作結溫必須在規定的范圍內，以保證其正常工作壽命；2)只有當其承受的電壓超過正向電壓時，LED才開始有電流通過，并發光；作為發光器件，LED照明還具有其它特性：

1)照明要求：a.電流的調節精度要高；b.沒有閃爍和眩光；c.電流的紋波要穩定。

2)散熱設計要點：a.非隔離驅動器便于散熱器的設計和成本控制；b.高效率的驅動器，減少功率耗散；c.過熱調節，調節輸出光通量當溫度超過安全結溫時。

3)安全可靠性要點：a.任一器件發生故障(短路、開路、浮動)均應導致LED照明的關斷保護；b.可靠的過熱過流保護；c.LED開路和短路保護。

當然，要普及LED照明到千家萬戶，成本是最重要的考慮因素，LED產品既要可靠還要體積小巧，并且高效、低成本。

LED調光照明應用中的難點

相比于傳統的白熾燈，LED照明具有環保、光效高和壽命長的優點。但在完全取代帶有入墻式調光器的白熾燈方面，LED照明尚存在兼容性差的缺點。傳統的調光器用于驅動純電阻負載，調光器種類繁多，包括前沿切相調光器、后沿切相調光器、智能調光等等，而且功率都比較大(200W~600W)，需要提供阻性或類阻性的負載才能使調光器穩定工作；當連接容性負載時，調光器可能無法正常工作。

針對可控硅切相調光器，憑借簡單的泄放電路(BLEEDER)去配合規格各異的可控硅調光器工作，很難讓人滿意。傳統調光器功率都比較大(200W~600W)，可控硅需要一定的保持電流維持其導通，而在小功率的LED驅動應用上，一般不能保證有足夠大的輸入電流去維持可控硅穩定工作。這樣就有可能出現多次導通，因而供給LED驅動的電壓及切相信號就不穩定，如果調光信號處理不好則會造成LED閃爍。

另外，在歐美市場上，后沿切相型的調光器和鹵素燈也有廣泛應用。鹵素燈需要電子變壓器進行恒壓控制及軟啟動以提高可靠性，但是鹵素燈發光效率也遠不如LED燈，因此很多使用者也很想選用可調光的LED去替換鹵素燈及電子變壓器。

由于后沿切相的調光器需要和電容性的電子變壓器匹配，它的設計和工藝較普通的可控硅調光器更為復雜，內部有精準的時間常數電路去控制場效應管的關斷而達到后沿切相的效果，還需要穩定的電壓供這些電路工作；因為這種調光器中使用的開關器件是場效應管，一般都會并聯上較大值的X電容以保護場效應管，這樣就加大了在正弦波下降沿切相時的檢測難度。因此，針對后沿切相調光器設計的LED驅動，既要能夠在任何切相位置保證調光器內部電路工作，又要能夠提供很低的阻抗去準確檢測切相位置，而且不能影響LED驅動的轉換效率。

智能數字調光控制器iW3610

iWatt公司推出的數字調光控制芯片采用高精度的初級恒流控制方式，無需光藕合器和元件繁多的次級反饋控制元件；功率轉化操作頻率高達200kHz，利于小體積高功率密度設計；特有的斬波式調光器的檢測技術，也改善了功率因數和諧波電流；輸出紋波電流小，優化了LED的發光效率；內置多重保護，外置NTC的程序化過溫保護。

iW3610的斬波電路就是針對可控硅和場效應管調光器的特性而設計。如圖4所示，RcLcQcD1D2組成的電路既可以使調光器穩定工作，又可以通過Boost電路改善功率因數，IC內部的數字電路通過檢測電壓的變化率判斷切相信號的類別，從而智能化判斷其所配合的調光器。

當iW3610檢測到可控硅切相的調光信號后，將工作在前沿切相模式。如圖5所示，當可控硅關斷時，IC的Output_TR是高電位，使MOSFET導通，相當于把BLEEDER電阻連接在調光器的輸出端，因為BLEEDER的阻抗大小與常規的鎢絲燈相當；當可控硅導通時，Ouput_TR會輸出一組高頻的控制信號，斬波電路工作在高頻開關狀態，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Boost電路傳遞給初級電容。IC針對不同的輸入切相信號調整斬波電路的工作時間，避免了可控硅的多次導通。

當iW3610檢測到場效應三極管調光器時會工作在后沿切相模式。如圖6所示，當調光器內部的場效應三極管導通時，IC的Output_TR給出的是一組高頻控制脈沖信號，斬波電路工作在Boost狀態，當IC檢測到調光器內的場效應三極管截止時，Output_TR會跳變成高電平信號，斬波電路中的Qc導通，LED驅動呈低輸入阻抗以還原交流輸入的切相波形。