作為一種新的,、最有潛力的光源,，LED照明以其節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢越來越受到人們重視,。加上國家和地方政府的政策鼓勵(lì),，我國的LED照明產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了加速發(fā)展階段，運(yùn)用市場迅速增長,。在室內(nèi)照明方面,，用LED燈替代傳統(tǒng)的可調(diào)光白熾燈或者鹵素?zé)粢矊⑹谴髣菟叀Ｓ捎趥鹘y(tǒng)的白熾燈調(diào)光器采用可控硅調(diào)光器，用LED燈替代白熾燈時(shí),，要求不能改變原有線路,，還要能適應(yīng)現(xiàn)有的可控硅調(diào)光器。針對這一目標(biāo)市場,，目前很多大的半導(dǎo)體廠商（包括國際知名半導(dǎo)體廠商）都已經(jīng)推出了自己的LED調(diào)光ASIC,，但由于LED固有的發(fā)光原理，目前市面上的LED ASIC調(diào)光案都還不是很成熟,，都有其固有的問題,，本文就將針對目前的調(diào)光方案做一個(gè)詳細(xì)的分析，并介紹我們基于MCU的調(diào)光方案,。
1 LED的發(fā)光特性
   目前的新技術(shù)使LED能夠達(dá)到很高的功率水平,，LED的功率能夠達(dá)到1W，甚至有些達(dá)到5W,，光效達(dá)到60-85LM/W,，這種LED設(shè)備稱為高亮LED(HB-LED)。目前我們用在照明上LED都是HB-LED,，一般都是選擇1W的LED通過串并聯(lián)的方式組成大功率LED燈,，尤其以串聯(lián)為主。這種LED的 為3.4V±2%,，正向電流 為350mA左右,。其 - 曲線如圖1.1所示。

圖1.1  LED  — 曲線
  從圖1中可以看出,，當(dāng)加在LED兩端的電壓沒有達(dá)到3.4V之前,， 隨著 的增加而增加,。當(dāng)加在LED兩端的電壓達(dá)到3.4V時(shí),， 的變化很小，增加LED兩端的電壓只會(huì)增加流過LED的電流,，從而改變LED的亮度,，直到增加到LED的最大  (350MA)，LED達(dá)到最大亮度,。而 一直被箝位在 (3.4V)左右,。并且 會(huì)隨著溫度和LED工作時(shí)間的變化而變化，變化曲線如圖1.2所示,。

圖1.2  相對變化對溫度的變化曲線
  從圖1.2可以看出,，隨著溫度的上升， 會(huì)逐漸變小,，相反,，當(dāng)溫度降低時(shí)， 會(huì)增加。當(dāng)LED的溫度上升到85度時(shí), 已經(jīng)有變成3.25V（3.4V-0.15V）,相反當(dāng)LED溫度降到-40度時(shí),， 變成3.6V（3.4V+0.2V）,。
所以在LED調(diào)光時(shí)，要想讓LED調(diào)到一個(gè)固定的亮度,，就必須要保證一個(gè)固定的 ,，也就說要采用恒流控制。 還有另一種方式：恒功率控制,。這也是目前市面上調(diào)光ASIC普遍采用的方式,。但恒功率控制有其固有的缺陷。
2 恒功率控制LED調(diào)光方式
2.1 理論依據(jù)
 恒功率控制方式一般采用單級FLYBACK拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),，基本框圖如圖2.1所示,。

圖2.1 恒功率控制方式框圖

  從圖中可以看出與一般開關(guān)電源的FLYBACK相比，恒功率方案多了一個(gè)調(diào)光信號控制回路,，用于檢測輸入可控硅的導(dǎo)通角和輸入電壓,，從而給出相應(yīng)的調(diào)光信號。同時(shí),，方案中沒有反饋信號,，完全開環(huán)控制，由原邊控制占空比的大小從而控制輸出功率的大小,，,。其控制的理論依據(jù)為：

                                                                                                                                                                                                         
式中：
 為輸出給LED的功率；
 為轉(zhuǎn)換器的效率,，主要由變壓器決定,；
 為原邊變壓器的平均電流；
 為變壓器的原邊電感,；
 為FLYBACK的開關(guān)頻率,。
  恒功率控制方式都是先預(yù)知LED的輸出功率 ，理論上,，一旦變壓器設(shè)計(jì)好之后,， ，  ,， 都已確定,，只要改變原邊電流 的大小，就可以改變輸出功率的大小,。再由于：

式中：
  U為加在變壓器原邊的電壓,，即輸入電壓；D為占空比,； 為開關(guān)頻率,； 為變壓器的原邊電感,。根據(jù)式2.2可知， 與D成正比,，只要改變占空比D就能改變原邊電流的大小,，也就能改變輸出功率的大小。
2.2 優(yōu)缺點(diǎn)
  理論上,，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單,，成本低，但仔細(xì)分析就會(huì)發(fā)現(xiàn),，這種方式存在很多弊端,。首先是 很難控制，往往偏差很大,，再加上采用開環(huán)控制,，精度很難保證，在批量時(shí),，用同樣的占空比都會(huì)導(dǎo)致輸出功率偏差很大,，直接體現(xiàn)在燈上就是LED的亮度會(huì)偏差很大，很難保證其一致性,。
其次,，恒功率控制都是預(yù)先假定輸出功率是恒定的，比如用9個(gè)1W（ =3.4V,  =350MA）的LED串聯(lián)起來用做一個(gè)9W的PAR燈,，那么設(shè)計(jì)時(shí)候就會(huì)用 =9W來計(jì)算,。但實(shí)際上每個(gè)LED的 都會(huì)偏差，偏差值如表2.1所示：

    從表格2.1可以看出,，雖然每個(gè)LED的偏差都不會(huì)太大,， 但當(dāng)LED串聯(lián)起來時(shí)，總的偏差就不能忽略了,。PAR燈的實(shí)際功率可能不止9W或者不到9W,直接反應(yīng)在燈上就是最大亮度沒有到額定值或者比額定值要亮,。當(dāng)PAR燈的實(shí)際功率不到9W時(shí)，而驅(qū)動(dòng)的輸出功率依然是9W,，那么流經(jīng)LED的電流 就已經(jīng)超過了額定的 ,，長期工作對LED的壽命和顯色性都會(huì)造成一定的影響,。
    另外,，就算LED出廠時(shí) 沒有偏差，根據(jù)圖1.2所示,， 也會(huì)隨著溫度和工作時(shí)間的變化而變化,，當(dāng)由于 的變化使得LED的額定功率小于9W時(shí)，長期工作將會(huì)影響LED的使用壽命和顯色性,。
再次,，功率兼容性問題,。由于恒功率控制方式都是預(yù)先設(shè)定好輸出功率，當(dāng)所接的燈功率與預(yù)先設(shè)定的功率不匹配時(shí),，LED燈不能正常工作,。當(dāng)所接的燈的功率小于預(yù)設(shè)功率時(shí)，甚至?xí)龤ED燈,。
    還有就是空載損耗的問題,，由于恒功率控制方案的輸出功率只與輸入電壓和導(dǎo)通角的大小有關(guān)，當(dāng)沒有與接LED燈時(shí),，依然會(huì)有相應(yīng)的功率輸出,，使得空載損耗變得很大。

   最后,，調(diào)光器的兼容性問題,。由于LED是用來替代以前的白熾燈，所以LED調(diào)光也必須用可控硅調(diào)光,。白熾燈是純阻性負(fù)載,，對可控硅的導(dǎo)通不會(huì)造成什么影響，但LED的驅(qū)動(dòng)電路由開關(guān)電源組成,，就不是一個(gè)純負(fù)載了,，因此會(huì)對可控硅造成一定的影響?？煽毓璧臄夭úㄐ魏苋菀桩a(chǎn)生畸變,，尤其很難保持很好的導(dǎo)通狀態(tài)。所以在驅(qū)動(dòng)上一般都要加可控硅穩(wěn)定電路,。恒功率控制法由于其純硬件實(shí)現(xiàn),，就算加了可控硅穩(wěn)定電路，對調(diào)光器的適應(yīng)性也有限,。
    由于恒功率控制有其結(jié)構(gòu)簡單,，成本低的優(yōu)點(diǎn)，而其缺點(diǎn)部分短時(shí)間里可能沒能體現(xiàn)出來,，所以很多半導(dǎo)體廠商都采用此方法,。但若采用MCU控制恒流的方案，以上問題都可以很好的解決,。
3 基于MCU控制恒流的方案
   世強(qiáng)電訊提出的基于MCU控制恒流的方案整體框圖如圖3.1所示,。方案由兩級組成，第一級為FLYBACK,，采用閉環(huán)控制以輸出一個(gè)穩(wěn)定的電壓給第二級供電,，第二級采用MCU控制，組成一個(gè)BUCK恒流控制電路,。其中MCU要完成的功能包括,；1：根據(jù)可控硅導(dǎo)通角的大小,，給出相應(yīng)的調(diào)光信號。2：根據(jù)可控硅斬波后波形的畸變情況決定是否需要改變調(diào)光信號,。3：通過檢測LED的電流反饋,，給出相應(yīng)的占空比，穩(wěn)定流經(jīng)LED的電流,，達(dá)到恒流控制,。
圖3.1 基于MCU控制恒流的方案整體框圖

3.1 理論依據(jù)
恒流控制電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為BUCK電路，BUCK用于恒壓輸出時(shí)候,，輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系為：

式中：
 為輸出電壓,；
D為占空比；
 為輸入電壓,。
  從式3.1中可以看出,，輸出電壓與占空比和輸入電壓都成正比。在閉環(huán)控制中,，取輸出電壓反饋信號 與預(yù)設(shè)基準(zhǔn)電壓 比較,，當(dāng)輸入電壓一定時(shí)，如果 大于 ,，則減小占空比D,，相反當(dāng) 小于 時(shí)，增大D,，以達(dá)到穩(wěn)壓的效果,。
所以，當(dāng)BUCK電路用于恒流控制時(shí),，只要把電壓反饋信號改成電流反饋信 號就可以達(dá)到恒流的效果,。
3.2 優(yōu)缺點(diǎn)
   由于MCU控制恒流方案由于采用恒流控制，針對恒功率控制方案中出現(xiàn)的問題都能很好的解決,；
    首先,，針對由于 的偏差對LED的使用壽命和顯色性的影響問題。采用恒流控制方案,，當(dāng) 有偏差或者隨著溫度和工作時(shí)間的變化而變化時(shí),，只要D不變，輸出給LED的電流并不會(huì)發(fā)生太大的變化,。雖然LED的正向電流 也會(huì)隨著溫度和工作時(shí)間的變化而變化,，但每個(gè)LED的 偏差都都不會(huì)太大，對于用多個(gè)LED串連起來組成的大功率LED燈,，并不會(huì)對LED的使用壽命和顯色性造成任何的影響,。
     其次,，由于采用閉環(huán)控制,，可以達(dá)到很高的輸出電流的精度,。能保證燈的一致性。
     再次,，功率兼容性問題,。MCU恒流控制方案能兼容額定功率以下的LED燈。對于串聯(lián)的LED燈,，改變輸出功率的大小,，只是改變了LED燈的數(shù)目n和輸出給LED燈的電壓 ，并不會(huì)改變輸出電流的大小,。當(dāng)輸出功率比額定功率小時(shí),，加在LED燈上的箝位電壓 變小，而輸出給LED的電壓 此時(shí)依然為額定值,，所以流經(jīng)LED的電流會(huì)變大,，使得電流反饋信號 大于基準(zhǔn)電壓 ，那么占空比會(huì)變小,，輸出電壓 變小,，流經(jīng)LED的電流也變小，直到額定電流值,。所以可以兼容額定功率以下的LED燈,。
      而針對空載損耗問題，可以用MCU檢測是否有負(fù)載接入,，當(dāng)檢測到?jīng)]有LED接入時(shí),，可以關(guān)閉后級的BUCK電路，減小空載損耗,。
     最后,，可控硅的兼容性問題。恒功率控制方案中,，采用純硬件模式來穩(wěn)定可控硅的導(dǎo)通,，對調(diào)光器的適應(yīng)性還是有限。在MCU控制恒流方案中,，除了有硬件穩(wěn)定電路,，還有軟件對可控硅斬波后的波形進(jìn)行辨別處理?？梢酝ㄟ^軟件設(shè)置,，判斷斬波后的波形是畸變還是真的在調(diào)光，從而決定要不要改變相應(yīng)的調(diào)光信號,。所以MCU控制恒流方案提高了對調(diào)光器的適應(yīng)性,。
當(dāng)然，由于MCU恒流控制采用兩級閉環(huán)控制方案,，相對于ASIC的恒功率單級控制方案,，也存在一些不足之處,，首先就是在結(jié)構(gòu)上要比恒功率控制方案復(fù)雜，成本上略高1~2RMB,，另外就是效率比恒功率方案要低,，但完全能滿足“能源之星”的要求。
4總結(jié)
表1兩種方案的優(yōu)劣對比
 

    通過上述的分析比較,，不難看出,，在一致性、功率兼容性,、調(diào)光器的兼容性和對LED的使用壽命和顯色性的影響等關(guān)鍵指標(biāo)方面,，MCU控制恒流方案都要比ASIC控制恒功率方案有絕對的優(yōu)勢。