LED燈設(shè)計師的挑戰(zhàn)之一便是創(chuàng)建能產(chǎn)生恒定光輸出同時沒有明顯閃爍的照明系統(tǒng)。在使用單級LED驅(qū)動器的系統(tǒng)中，沒有閃爍的照明很難實現(xiàn)，因為線路電壓的隨機失真使LED電流不穩(wěn)，產(chǎn)生閃爍。電路反饋響應(yīng)通常是問題的根本原因，因為它可能對失真不能做出足夠快的反應(yīng)。
為了解決這個問題，我們設(shè)計了一個7.8W LED系統(tǒng)并使用功率因素校正(PFC)控制電路進行試驗。我們發(fā)現(xiàn)兩者結(jié)合-使用內(nèi)部產(chǎn)生的正弦參考和非連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)操作-能夠改善性能，減少組件數(shù)量并消除閃爍。
內(nèi)部產(chǎn)生的數(shù)字正弦參考
在多數(shù)使用電流模式操作以控制PFC的設(shè)計中，通過使用電阻分壓器感應(yīng)輸入電壓獲取正弦參考。一個內(nèi)部產(chǎn)生的正弦參考，它使用數(shù)字映射產(chǎn)生，能夠使降壓-升壓拓撲的LED電流更加穩(wěn)定。內(nèi)部產(chǎn)生的正弦參考還可以消除電阻分壓器，實現(xiàn)更少的組件數(shù)量以及更緊湊的設(shè)計。圖1提供電路的框圖。
圖1. LED驅(qū)動器配置
電源電壓(Vcc)由控制器內(nèi)置的高壓(HV)設(shè)備供應(yīng)。因為輸入電壓過零觸發(fā)通過Vcc和HV塊檢測，所以內(nèi)部正弦參考和過零觸發(fā)信號同步。來自片上數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)的輸出信號使用內(nèi)部映射的正弦信息和同步的過零觸發(fā)信號產(chǎn)生數(shù)字正弦參考。當(dāng)Vcc電壓少于15.5V時，過零觸發(fā)檢測器(ZCD)的電壓低并且DAC和內(nèi)部時鐘自動提供一個數(shù)字參考信號，數(shù)字步進為32位。
CRM與DCM操作
在使用升壓拓撲的轉(zhuǎn)換器中，輸入電流由電感電流配置。由于存在一個恒定導(dǎo)通時間和可變關(guān)斷時間，這在臨界導(dǎo)通模式(CRM)操作中優(yōu)化PFC。另一方面，由于使用降壓-升壓拓撲，輸入電流和開關(guān)電流成正比。結(jié)果，PFC在CRM操作中降低，并且線路峰值電壓變得更平。輸入電流由MOSFET接通相關(guān)的電感電流確定。等式1展示如何在降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中計算輸入電流。
基于等式1，輸入電流通過控制恒定導(dǎo)通時間和降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中的恒定轉(zhuǎn)換周期與輸入電壓成正比。這表示最佳方式為具有固定導(dǎo)通時間的非連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)操作。
恒定電流線路調(diào)節(jié)
如上所述，要改善LED電流波動和線路電壓失真，我們的設(shè)計在降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中使用DCM操作和固定內(nèi)部正弦參考。這種方法在調(diào)節(jié)LED電流方面做的更好，它沒有明顯的閃爍，即使在90Vac和265Vac之間存在線路電壓瞬態(tài)。圖2顯示電感電流的電流斜率。
圖2. 電感電流的電流斜率
基于圖2的結(jié)果，輸出電流可以使用等式2進行計算。
在等式2中，由于固定正弦I峰值受到內(nèi)部參考的控制，輸出電流并非輸入電壓的一項功能。圖3顯示恒定電流的線路調(diào)節(jié)。
圖3. 恒定電流線路調(diào)節(jié)
當(dāng)輸入電壓發(fā)生變化，LED電流受到固定I峰值和固定電感電流下降斜率的恒定調(diào)節(jié)。
恒定功率負載調(diào)節(jié)
使用提議的LED驅(qū)動方法，當(dāng)輸出電壓改變時，輸出電流不受恒定調(diào)節(jié)。等式3源自等式2，它顯示輸出功率計算。
因為I峰值和Ts受到控制器的固定，輸出電流減少，并且輸出功率隨著輸出電壓的增加而受到持續(xù)調(diào)節(jié)。
調(diào)節(jié)： 線路與負載
通常線路調(diào)節(jié)用于調(diào)節(jié)輸出電流，以作為對輸入電壓變化的反應(yīng)。負載調(diào)節(jié)用于維持輸出功率，與LED正向電壓變化無關(guān)。隨著正向電壓下降以作為對系統(tǒng)溫度或LED降額的反應(yīng)，恒定電流負載調(diào)節(jié)用于減少LED功率和降低發(fā)光。圖4顯示輸入電壓從(a) 90Vac至265Vac，(b) 265Vac至90Vac以及(c) 200Vac至400Vac的變化引起的線路電壓失真。
(a). 輸入電壓變化從90Vac至265Vac
(b). 輸入電壓變化從265Vac至90Vac
(c). 輸入電壓變化從200Vac至400Vac
圖4. 線路電壓失真
結(jié)論
在DAC和DCM模式中使用固定正弦參考的降壓-升壓LED驅(qū)動器組合具有固定頻率，能夠幫助減少閃爍。當(dāng)線路電壓具有隨機變化時，內(nèi)部產(chǎn)生的正弦參考大大減少LED電流。另外，設(shè)計提供更加持續(xù)的亮度和恒定的功率負載調(diào)節(jié)，因為電流模式控制使用溫度或LED降額以補償LED正向電壓降。 |
