高亮度LED是傳統(tǒng)白熾燈的一種理想替代方案,，因?yàn)榍罢叩膲勖托识急群笳吒叩枚?，而且不同于緊湊型熒光燈泡，這些LED能夠在低溫下工作,。然而,，和冷陰極熒光燈(CCFL)燈泡一樣，高亮度LED也未能擺脫眾多家庭和應(yīng)用中常見的三端雙向可控硅(TRIAC)調(diào)光器,。本文將介紹一種具成本優(yōu)勢的高亮度LED (HB LED)調(diào)光方法,。

 

設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

 

基本TRIAC調(diào)光器開關(guān)廣泛運(yùn)用于家裝店和大多數(shù)家庭，要了解有關(guān)采用這種調(diào)光器開關(guān)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),，我們必須對TRIAC電路的基本工作原理以及高亮度LED電路的基本設(shè)計(jì)原理進(jìn)行深入的研究,。

 

高亮度LED一般由恒流電源驅(qū)動(dòng)，因?yàn)殡S著LED逐漸變熱,，其電壓降將減?。欢?，若LED串由恒壓電源供電的話，電源往往會(huì)持續(xù)提供過多的電流,，使輸出電壓增大,，直到電源達(dá)到電流限值或LED失效。

 

基本的LED調(diào)光方法

 

高亮度LED有兩種基本調(diào)光方法,。第一種是PWM調(diào)光方法,，即在大于200Hz的某些頻率下以0% 到100%的不同的導(dǎo)通時(shí)間百分比(占空比)導(dǎo)通和關(guān)斷LED。在導(dǎo)通期間LED滿電流工作,，而在關(guān)斷期間LED上沒有電流流過,。這就保證了色彩的一致性。

 

另一種方法是控制流經(jīng)LED串的電流量,。這可能導(dǎo)致LED串的電壓下降,，并造成輕微的色差。不過,，如果觀察調(diào)光器打開情況下工作的白熾燈,，也會(huì)看到明顯的色彩變化。

 

TRIAC調(diào)光器的工作原理：

 

大多數(shù)調(diào)光器內(nèi)都有一個(gè)簡單的TRIAC電路,，其核心如圖1所示,。我們討論的重點(diǎn)是TRIAC的兩個(gè)屬性。即一旦柵極被觸發(fā)就允許電流流過,，以及若有足夠電流流過,，TRIAC就保持導(dǎo)通。要設(shè)計(jì)正確的調(diào)光電路，必須了解這兩個(gè)電流,，觸發(fā)電流和保持電流,。以調(diào)光器開關(guān)中常采用的3A 800V TRIAC器件FKPF3N80為例，該器件的觸發(fā)電流為20mA,，保持電流為30mA,。當(dāng)柵極電流接近20mA時(shí)，該TRIAC導(dǎo)通,，當(dāng)流經(jīng)電流至少為30mA時(shí),，TRIAC保持導(dǎo)通狀態(tài)。

 

當(dāng)用戶旋開調(diào)光器旋鈕時(shí),，他其實(shí)是在改變電阻分壓器,。分壓器在AC周期內(nèi)設(shè)置不同的觸發(fā)電流點(diǎn)，從而設(shè)定TRIAC的觸發(fā)點(diǎn),。通過選擇TRIAC的設(shè)置點(diǎn),，用戶實(shí)際上選擇了負(fù)載供電所需的AC電壓的占空比，而這個(gè)占空比是LED驅(qū)動(dòng)器調(diào)節(jié)LED亮度所需的信息,。

 

 

為了對LED進(jìn)行調(diào)光,，需要把60Hz占空比轉(zhuǎn)換為可用于上述任一種調(diào)光方法的數(shù)值。一旦觸發(fā)導(dǎo)通,，必須確保TRIAC有足夠的電流,。第一部分很容易做到，可利用圖2所示的電路來實(shí)現(xiàn),。圖中,，TRIAC調(diào)光器和雙向光耦合器從AC線輸入獲得占空比信息，對簡化電路進(jìn)行供電,。

 

圖2　Triac調(diào)光器

 

120Hz信號經(jīng)一個(gè)電阻／電容濾波器處理為代表AC電壓占空比的電壓,，并經(jīng)由TRIAC調(diào)光器提供給電源?？赏ㄟ^多種方法利用這個(gè)電壓來控制LED電流,。在圖示電路中，利用兩個(gè)電阻把雙極結(jié)型晶體管 (bipolar junction transistor, BJT) 偏置到所需的最大負(fù)載電流,，并假設(shè)光耦合器完全導(dǎo)通 (占空比 =100%),，濾波器電容被充電到最大電勢能量。鑒于V_CC 一般都很低,，小于~24V,，所以電容的尺寸很小，即使其數(shù)值往往相當(dāng)大,，足以作為120Hz濾波器,。

 

在上述實(shí)現(xiàn)調(diào)光器和LED電流調(diào)節(jié)器的方法中,，最好是有一個(gè)恒壓電路。這樣一來,，就可以利用簡單的BJT來調(diào)節(jié)電流,。設(shè)計(jì)人員需要把BJT完全偏置到LED串允許的最大電流，并在該電流下把輸出電壓設(shè)置到冷LED溫度所需的值,，從而讓BJT能夠以100%的占空比控制電流,。注意V_CE低至~0.2V，電流最大值一般在350mA到1.35A間,。因此,，對于1.35A負(fù)載電流的設(shè)計(jì)，功耗為V_CE(SAT) * Ic ~ 0.27W,。隨著占空比下降,，BJT開始限制電流，其V_CE 將上升,，故在50%占空比飽和的情況下,，LED電流將為最大設(shè)計(jì)點(diǎn)的一半。因此功耗為V_CE * Ic,，并很容易設(shè)計(jì)為足夠低的范圍,，以便于管理。

 

這種方案的另一個(gè)關(guān)鍵部分是作為恒壓電源工作的AC-DC電源,。這通常會(huì)消耗大量電流,，使調(diào)光器開關(guān)中的TRIAC一旦觸發(fā)即閂鎖(latch)。

 

由于我們有代表AC輸入(RC濾波器輸出的)占空比的電壓,，故我們能夠利用這一信息來控制由其它電路驅(qū)動(dòng)的LED的亮度。要在電路中采用逐脈沖(pulse-by-pulse)電流限制或PWM電流限制技術(shù),，基本AC-DC電路必須是恒流電路,，如圖3所示。我們因此只需要把電路中的代表占空比的電壓加載到比較器上,，便可以額外增加一個(gè)占空比電壓,。例如，在圖3所示的電路中,，我們可以讓I_PEAK設(shè)置阻抗R8與一個(gè)在線性區(qū)域內(nèi)偏置并利用上面所示的光耦合器電路進(jìn)行控制的小型MOSFET并聯(lián),。

 

 

圖3

 

小結(jié)

 

許多高亮度LED驅(qū)動(dòng)器電路都帶有一個(gè)可作為LED調(diào)光之用的比較器。其中有些電流輸出很小,，并可讀取引腳上的電壓,，用以控制初級端開關(guān)或低頻占空比。在任何一種情況之下,，關(guān)鍵都在于把AC占空比轉(zhuǎn)換為可用值,。光耦合電路可以很好地做到這一點(diǎn),，并提供隔離，故可以在初級端或次級端電路的任何地方使用這些數(shù)據(jù),。