摘  要： 分析了LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)中的可控硅調(diào)光。設(shè)計(jì)能兼容現(xiàn)行大多數(shù)調(diào)光器的LED電源是降低LED成本,、迅速取代當(dāng)前節(jié)能照明技術(shù)的關(guān)鍵,。系統(tǒng)地分析了三端雙向可控硅的工作原理和LED驅(qū)動(dòng)電路調(diào)光的難點(diǎn)，提出了加入damping電阻解決可控硅調(diào)光與LED兼容問題的方案,。該設(shè)計(jì)基于AC-DC電源芯片MT7920,，并加入了一種相位補(bǔ)償的電路，經(jīng)過PCB板級(jí)實(shí)現(xiàn),，證實(shí)了電路能正常地工作,。
關(guān)鍵詞： LED驅(qū)動(dòng)；可控硅調(diào)光,；相位補(bǔ)償,；動(dòng)態(tài)damping電路

    經(jīng)過多年的發(fā)展，受益于成本的降低及技術(shù)的更新,，LED應(yīng)用在近年取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,。如果能夠兼容除了燈具以外的設(shè)備，將會(huì)節(jié)省很大的成本,，使LED更快地取代當(dāng)前的照明產(chǎn)品,。當(dāng)前照明用的調(diào)光器大部分為可控硅調(diào)光，因此所設(shè)計(jì)的LED驅(qū)動(dòng)芯片若能兼容可控硅調(diào)光,，則具有重大的意義,。由于LED驅(qū)動(dòng)是一門新興的技術(shù)，市場(chǎng)上能兼容可控硅調(diào)光的芯片還很少,，因此本文的研究具有探索研究的意義,。
1 TRIAC調(diào)光原理及簡(jiǎn)介
    目前市場(chǎng)上主流的非節(jié)能調(diào)光器多為TRIAC調(diào)光方式,，即三端雙向可控硅調(diào)光。TRIAC調(diào)光器也是目前應(yīng)用最廣的調(diào)光器,。
    圖1為典型的雙向可控硅調(diào)光電路原理圖,。將R及C連接成為RC電路,電源給C充電的時(shí)候，可以令TRIAC調(diào)光器延遲啟動(dòng),，直至C的電壓上升至觸及DIAC的觸發(fā)點(diǎn)電壓(一般為32 V),。調(diào)整電位計(jì)R的電阻可改變啟動(dòng)延遲時(shí)間，從而改變TRIAC調(diào)光器的“導(dǎo)通時(shí)間”,，即改變其“導(dǎo)通角”,。因此，負(fù)載獲得的平均供電便可改變,。圖2顯示了典型的AC經(jīng)過TRIAC后的電壓波形,。

2 調(diào)光的難點(diǎn)與需要解決的問題
　TRIAC維持導(dǎo)通需要3個(gè)條件:觸發(fā)電流IG、鎖定電流IL和Hold電流IH：
　(1) IG是觸發(fā)TRIAC導(dǎo)通的條件,，只有觸發(fā)了TRIAC導(dǎo)通,，才能使雙向可控硅導(dǎo)通；
　(2) IL是指在NPNP放大的過程中,如果要使NPNP連續(xù)導(dǎo)通的所需的一個(gè)最小電流,；
　(3) IH是指TRIAC正常工作之后,，如果電流掉得太小，會(huì)導(dǎo)致TRIAC截止,，所以鎖定電流就是維持導(dǎo)通所需要的最小電流,。
　在LED驅(qū)動(dòng)電路中，由于傳導(dǎo)輻射EMI的要求,，需要在全橋之前放置電感(圖3中的L1,，L2)來(lái)防止外界的輻射干擾。同樣,，由于大多數(shù)LED驅(qū)動(dòng)電路采用開關(guān)電源架構(gòu)[2],，為了防止初級(jí)變壓器的漏感導(dǎo)致的電壓尖峰，需要在主級(jí)加一個(gè)大電容(圖3中的C13)來(lái)緩沖電壓尖峰,。這樣在母線電壓的電路中有電流流過時(shí),，由于LC振蕩會(huì)導(dǎo)致電流,使電流振蕩到Hold電流以下。在TRIAC導(dǎo)通的瞬間,，相當(dāng)于給LC電路一個(gè)階躍響應(yīng),，使電路產(chǎn)生一個(gè)振蕩。
3 damping電阻防振蕩原理分析
　對(duì)電路列KVL,可得：

　如果沒有電阻,，將產(chǎn)生振蕩波形,；如果加入阻尼電阻，當(dāng)(R/2L)2>1/LC時(shí),，可使阻尼振蕩減小,。所以,，如果在電路中加入damping電阻，可以使通過TRIAC的電流由振蕩變成了欠阻尼的情況,，保證不使流過的電流低于Hold電流以下,，從而保證連續(xù)的對(duì)LED調(diào)光。解決了振蕩的問題,。
4 動(dòng)態(tài)damping電阻功能實(shí)現(xiàn)
　前文提到需要在EMI電感與反激電容間加一個(gè)damping電阻來(lái)防止LC振蕩,。但是由于這個(gè)電阻需要加在主回路之間，因此主電流在TRIAC開通的時(shí)間內(nèi)電流都會(huì)流過電阻,，導(dǎo)致電阻消耗的功率過大,，實(shí)測(cè)這個(gè)電阻會(huì)損失約10%的效率，而效率是電源產(chǎn)品首要考慮的因素,，因此，設(shè)計(jì)了圖4所示的動(dòng)態(tài)電阻的電路,。該電路可以在電壓導(dǎo)通的瞬間(1 ms以內(nèi))導(dǎo)通,然后在1 ms后關(guān)閉,。

　在TRIAC導(dǎo)通后，可得如下公式：
　
    如圖5所示,母線通過R51給C50充電,，選取適當(dāng)?shù)臅r(shí)間參數(shù),。達(dá)到M50的導(dǎo)通電壓Vth(2V)的時(shí)間約為1 ms。Q50的作用是,，當(dāng)導(dǎo)通電壓到了波谷時(shí),MOS下次仍能正常充電設(shè)計(jì),。當(dāng)?shù)搅斯鹊讜r(shí)，Q60的E極的電壓高于B極,，Q60導(dǎo)通,，C50的電壓開始放電。

　本文基于AC-DC LED恒流驅(qū)動(dòng)芯片MT7920實(shí)現(xiàn)TRIAC調(diào)光,。MT7920是一款基于flyback的高PFC恒流LED驅(qū)動(dòng)芯片[3],。要實(shí)現(xiàn)輸出高PFC的功能，需要一個(gè)STP PIN來(lái)調(diào)節(jié)輸出電流,。這里通過給STP PIN進(jìn)行電流補(bǔ)償來(lái)提供低導(dǎo)通角時(shí)所需的電流,，達(dá)到低導(dǎo)通角調(diào)光的目的。該補(bǔ)償電路同樣適用于其他需要TRIAC調(diào)光的芯片,。
    輸入電壓VACin為正弦波時(shí),，由一個(gè)40 V的鉗位二極管D60將第1點(diǎn)的電壓鉗制在40 V,相當(dāng)于一個(gè)周期性的脈沖電壓。這個(gè)電壓到了第3點(diǎn)由于電阻分壓,，變成20 V,，第1點(diǎn)的電壓經(jīng)過R61、C62,，相當(dāng)于通過一個(gè)Low Pass Filter,，得到一個(gè)直流分量,因此第2點(diǎn)的電壓為第1點(diǎn)的峰值乘以Duty,。第3點(diǎn)的電壓與第4點(diǎn)C60上的電壓相差一個(gè)二極管正向壓降，取C60/C62的比例為2：1,，這樣在全電壓下第2點(diǎn)的電壓大于第4點(diǎn)的電壓,，當(dāng)導(dǎo)通角低于90°時(shí)，第2點(diǎn)的電壓低于第4點(diǎn)的電壓,，此時(shí)Q61導(dǎo)通,，有電流流過，可以對(duì)芯片進(jìn)行補(bǔ)償,，達(dá)到相位補(bǔ)償?shù)墓δ堋?br/> 　圖7顯示了該電路的實(shí)測(cè)波形,，可以看到，在導(dǎo)通角大于90°時(shí),，第2點(diǎn)的電壓高于第4點(diǎn)電壓,；當(dāng)導(dǎo)通角低于90°時(shí)，第4點(diǎn)高于第2點(diǎn),，Q61導(dǎo)通,。

    測(cè)試結(jié)果顯示，電路在全電壓范圍內(nèi)能正常工作,，啟動(dòng)角度為30°左右,，實(shí)測(cè)該角度的電流基本上到了5%以下，更低導(dǎo)通角的調(diào)光沒有太大的意義,。
    本文通過對(duì)TRIAC的理論研究,，找到了TRIAC對(duì)LED進(jìn)行調(diào)光的問題所在，加入了damping電阻解決了調(diào)光的問題,。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)電阻的電路,，且有效地提高了效率?；贛T7920芯片,，根據(jù)相位補(bǔ)償原理設(shè)計(jì)了在導(dǎo)通角低下的情況下，也能穩(wěn)定地對(duì)TRIAC進(jìn)行調(diào)光的電路,。經(jīng)過PCB設(shè)計(jì)后的電路實(shí)測(cè),，電路能達(dá)到穩(wěn)定調(diào)光的功能。
參考文獻(xiàn)
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[2] PRESSMAN A I.開光電源設(shè)計(jì)[M].王志強(qiáng),譯.北京:電子工業(yè)出版社,2005.
[3] Maxictech, MT7920: low power, high PFC high precision off-line white LED driver[EB/OL].www.maxictech.com, 2010.