摘要：随着全球能源紧缺的状况日益加剧，大力发展节能环保产品势在必行。采用发光二极管（LED）作为发光源的半导体照明因具有节能、环保、体积小、长寿命的特点，成为颇具优势的绿色节能照明光源。目前照明既要用针对白炽灯的调光器来实现调光控制功能，又要实现高功率因数性能，因此对目前的LED驱动电源设计提出了更高的要求。
关键词：调光；LED；驱动电源设计
1.LED的电气特性
在全球能源危机和环保节能的背后，LED作为绿色节能的先锋备受世人瞩目，上海世博园里80%以上夜景照明光源采用LED技术，LED照明已成为低碳生活的“美丽”技术。
LED作为二极管的种类之一，具有同普通二极管相似的V-I特性，它的开启电压要大于普通二极管。当外部施加电压大于开启电压后，电流将以正向电压的指数倍增加。在LED导通后一定电流值范围内，其发光亮度与电流值几乎成线性正比关系。故外部微小的电压变化都会引起发光亮度的显著改变。而过大的正向电流会使LED发热，LED的光效会随着温度的升高而降低。并且持续过热会严重影响LED的寿命甚至造成其损坏。
2.LED的调光技术
2.1（TRIAC）可控硅调光技术
普通的白炽灯和卤素灯通常采用可控硅来调光。因为白炽灯和卤素灯是一个纯阻器件，它不要求输入电压一定是正弦波，因为它的电流波形永远和电压波形一样，所以不管电压波形如何偏离正弦波，只要改变输入电压的有效值，就可以调光。采用可控硅就是对交流电的正弦波加以切割而达到改变其有效值的目的。可控硅调光电路的原理图如图1所示：
图1
LED灯要想实现可调光，其电源必须能够分析可控硅控制器的可变相位角输出，以便对流向LED的恒流进行单向调整。在维持调光
器正常工作的同时做到这一点非常困难，往往会导致性能不佳。问题通常表现为启动速度慢，闪烁、光照不均匀，或在调整光亮度时出现闪烁。这些负面情况通常是由误触发或过早关断可控硅以及LED电流控制不当等因素共同造成的。误触发的根本原因是在可控硅导通时出现了电流振荡。可控硅导通时，AC市电电压几乎同时施加到LED灯电源的LC输入滤波器，施加到电感的电压阶跃会导致振荡。如果调光器电流在振荡期间低于可控硅电流，可控硅将停止导电。可控硅触发电路充电，然后重新导通调光器。这种不规则的多次可控硅重启动，可使LED灯产生不需要的音频噪声和闪烁。设计更为简单的EMI滤波器有助于降低此类不必要的振荡。要想实现成功调光，输入EMI滤波器电感和电容还必须尽可能地小。
2.2脉冲宽度调制（PWM）调光技术
脉冲宽度调制（PWM）调光是经过调节使驱动电流呈方波状，其脉冲宽度可变，经过对脉冲宽度的调制转变为调制LED灯连续点亮的时间，也同时转变了输入功率，从而到达节能、调光的目标。频率跟平常一样大概在 200Hz~10KHz；因为人的眼睛视觉的滞后性，不会感觉得到光源在调光过程中产生的闪耀现象。脉冲宽度调制（PWM）调光的优点：①不会产生任何色谱偏移；②可以有极高的调光精确度。因为脉冲波形完全可以控制到很高的精度；③可以和数字控制技术相结合来进行控制。因为任何数字都可以很容易变换成为一个PW信号；④即使在很大范围内调光，也不会发生闪烁现象。
脉宽调光要注意的问题：①脉冲频率的选择：因为 LED 是处于快速开关状态，假如工作频率很低，人眼就会感到闪烁。为了充分利用人眼的视觉残留现象，它的工作频率应当高于 100Hz，最好为200Hz；②消除调光引起的啸声：虽然200Hz以上人眼无法察觉，可是一直到20kHz却都是人耳听觉的范围。这时候就有可能会听到丝丝的声音。解决这个问题有两种方法，一是把开关频率提高到20kHz以上，跳出人耳听觉的范围。但是频率过高也会引起一些问题，因为各种寄生参数的影响，会使脉冲波形（前后沿）产生畸变，这就降低了调光的精确度。另一种方法是找出发声的器件而加以处理。
2.3模拟调光
模拟调光是通过改变LED回路中电流大小达到调光，电源电压不变，通过改变R的电阻值来改变回路中的电流，从而达到改变LED亮度的效果。很多其他模拟调光都是采用这种方法的延伸，其优点是电流可连续，但可调节电流的范围往往受到硬件的限制，调节档位不多，对于要求亮度感应敏感的高精度采光设备，这种方法不够理想。
3.可控硅调光电源设计
如图2所示为基于NCL30000的TRIAC调光离线式LED驱动电源电路图；这种AC-DC恒流电路包含以下几部分电路：TRIAC调光器、单级PFC控制器、变压器、恒压恒流反馈控制电路。整个电路的核心是NCL30000控制IC。
图2
NCL30000与一般的PWM控制调光芯片采用的导通角检测电路不同，NCL30000采用的方式是检测输入电压的有效值以限制输出功率的方式来实现调光；但该系统具有反馈控制环路保证输出功率的稳定，故可以实现调光控制，LED驱动器将有两种不同的控制模式，当调光器不调光时，电路工作在副边控制模式下，从而为LED提供稳定的工作电流，当调光器开始调光后，即导通角度开始逐渐减小，系统将工作在开环模式，进入原边控制模式，并限制功率的输出。为了达到这个目的，系统的导通时间和输入电压成反比关系，并且当输入电压低于设定的调光电压时，导通时间将达到最大，并且不在变化，这就是系统的最大导通时间控制。
结束语：随着LED照明产品应用的推广，它将逐步进入人们生活的各个领域。根据LED本身特性的要求，对驱动电源进行设计，使其满足可调光强度的需求，不仅可以可以提高灯具的整体寿命，充分发挥其节能环保的优势。
参考文献：
[1]赵同贺.开关电源与LED照明的优化设计应用[M].机械工业出版社.2012.
[2]陈浩，席光，刘胜.一种精确调光的LED电源设计[J].电源技术.2011.
[3]曲勇，康积涛，王善忠，等.通用可调型LED照明驱动电源设计[J].电源技术.2014.
论文作者:陈永新
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/12
标签：调光论文; 可控硅论文; 电压论文; 电流论文; 电源论文; 调光器论文; 脉冲论文; 《基层建设》2018年第22期论文;