淺談數字電源技術推動LED照明發展

LED照明不僅需要精確和穩定的電流，還要求電流的紋波非常低。科學家研究表明，低于165Hz的閃爍，不管來自可見光還是不可見光，都有可能引起偏頭痛或者視覺不適。低于70Hz的閃爍甚至會對少部分人引發癲癇。因此， 美國電氣和電子工程師協會（IEEE）正在制定相關標準來引導對人體健康無危害的LED 照明驅動的設計。

一個輸入呈阻性的電源系統內部一定要存在儲能元件，當輸入電壓低的時候可以提供能量給負載。如果能量進行單次轉換又要求輸入呈阻性，其需要非常大的輸出電容來降低負載的電流紋波。如果能量進行二次轉換可以解決這個問題。通常的二次轉換形式是結合Boost 輸入級和反激式輸出級。輸入級主要控制驅動電源的輸入阻抗。反激式電源提供低紋波輸出電流。二次轉換控制的復雜性很高。特別是當接入調關器的時候還需要協調輸入級和輸出級的能量平衡。圖3是常用的二次轉換系統結構。傳統的二次轉換控制方案需要同時得到輸入電壓Vin、Boost 電流IL、中間電容上的電壓Vbulk、反激式原邊電流Ip以及電壓的反饋Vout，控制成本很高，因此很難得到廣泛應用。數字控制技術提供了簡單的一次側反饋方法，還可以預測中間電容電壓，因此只需要檢測輸入電壓Vin 并解析變壓器反饋信號就能實現完整的二次轉換控制。大大簡化了系統的控制成本。

全面的驅動保護 在LED 燈具的設計，生產和使用的過程中，驅動電源有可能面對LED 負載的短路、開路，驅動電源板的短路、虛焊，接插件的錯接、反接等等問題。全面的驅動保護可以簡化LED 燈具的設計和生產，延長使用壽命，降低生產成本。對系統狀態進行實時監測并做出精確判斷是數字控制的一個長處。數字控制可以快速地實現：

LED 負載的開路保護

LED 負載的短路保護

LED 負載的過熱保護

LED 燈的限功率控制

控制器的各管腳的開路和短路保護

2 調光技術

2.1 動態的調光器阻抗配合

傳統的調光器主要用于驅動純電阻負載，包括前沿切相調光器，后沿切相調光器和智能調光器等等。由于負載是白熾燈，傳統的調光器功率都在200W- 600W。LED 驅動電源的特性正好相反--小功率，容性負載。為了能夠兼容這些調光器，LED驅動電源必須提供阻性或者是類阻性的負載才能使調光器穩定工作。利用功率電阻直接提供阻性負載是一種傳統的解決方案。這種方式的調光效果好，但是其主要問題是效率低。這與LED燈高效率的優勢背道而馳。另外一種常見的方案是利用功率因數整流技術，使輸入電流跟隨輸入電壓變化，因而提供類阻性負載。這種方案往往適用于高功率LED驅動應用上。對于普及的小功率家用和商用LED驅動，其問題是輸入阻抗往往過高，特別是調光器和驅動部分EMI 抑制元件的相互作用往往使得其無法保證有足夠大的輸入電流去維持可控硅的穩定工作。如果調光信號處理不好就會造成LED 閃爍。

數字控制技術可以靈活地結合功率因數整流技術和動態阻抗匹配方法。當控制器檢測到調光器存在的情況下，根據調光器輸出的相位角，控制器提供匹配的阻抗來維持可控硅的導通。在控制相位角判斷完成以后，控制器可以利用高阻抗來關斷可控硅，同時通過功率因數整流技術來維持輸入的波形。圖4 所示后切和前切調光器波形。OUTPUT（TR）是Boost 驅動控制。例如當檢測到后切波形時，Boost 驅動完全打開，快速地泄放輸入端電荷；相反，當前切調關器可控硅關斷后，Boost 驅動則緩慢地泄放輸入端電荷。在這兩種情況下，輸入的相位都可以得到完整地恢復。目前市場上很多控制器都要求可控硅導通一個完整的交流周期，對提高調光的效率非常不利。利用數字技術可以大大降低調光的損耗，符合綠色照明的宗旨。