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作者: 发布时间:2012-05-08 来源: 繁体版
照明系统设计师几乎要对各种光源(除钨丝灯外)的灯具进行调光,一直以来,调光是都是极具挑战性的工作。在许多应用中,调光都十分重要,因为调光技术可使客户根据实际需要设置所需的亮度,而且还能大幅节省电费。目前最常见的调

照明系统设计师几乎要对各种光源(除钨丝灯外)的灯具进行调光,一直以来,调光是都是极具挑战性的工作。在许多应用中,调光都十分重要,因为调光技术可使客户根据实际需要设置所需的亮度,而且还能大幅节省电费。目前最常见的调光控制器是舍相(phase-cut)调光器,无论所提及的设备中实际是否包含三端双向可控硅(TRIAC)器件,这类调光器通常都是指TRIAC调光器。将舍相调光器与小型荧光灯以及现今的LED灯相连是一个高难度的设计挑战。目前市面上的相关解决方案都不是很理想:一些方案的调光范围非常有限;有些方案甚至出现闪烁。针对上述挑战,美国国家半导体、科锐(Cree)和艾睿电子联合发布了全新的解决方案,该方案可以使用传统的舍相调光器更有效地实现可调光固态照明。faT自动化在线网

LED驱动电路faT自动化在线网

该解决方案通过使用美国国家半导体PowerWiseLM3445LED驱动器将90~135VRMS交流主电源输入(入墙式电源插座)转换为350mA直流恒定电流源,从而驱动高功率Cree白光LED。在住宅、商用和工业建筑中,交流主电源通常经由标准入墙式调光器进行舍相或斩波,以削减LED的灯光输出。如图1所示的电路设计可确保用户不会无意中接触电路中的高电压。faT自动化在线网

在图1中,该电路未经隔离处理,这意味着从输入(交流主电源)至输出(LED灯具)是一条直流路径。隔离的解决方案也就是电流隔离通常需要使用变压器。两类方案各有利弊。隔离的解决方案通常拥有较大的体积和较小效率,因为需要使用变压器,并且可能使用输出反馈的光电耦合器。不过,通过在交流主电源和用户之间提供内置保护可以更容易地通过诸如UL60950这样的安全法规。相反,无隔离的解决方案体积较小,因此更适合灯泡翻新应用所需的小尺寸,但需要利用灯泡材料和结构的机械隔离以通过安全法规。与其它方案相比,美国国家半导体LM3445LED驱动器适用于多种外形、尺寸和功率级别的应用,同时支持隔离和无隔离解决方案。faT自动化在线网

功率因数校正faT自动化在线网

当经由入墙式交流主电源供电时,可能在输入电流和电压,甚至输入电压波形的尖峰和低谷之间产生相移。有功功率和视在功率的比称为功率因数,以0和1之间的数字表示。商业固态照明应用的能源之星规范要求功率因数达到0.9以上。当输入电压的谐波成分很低或为0时,功率因数计算如下:Eq1faT自动化在线网

第一项考虑电流中不连续(尖峰和低谷)引起的谐波成分,第二项余弦项考虑电压和电流之间的相移。faT自动化在线网

这种应用中,采用了许多不同的技术来提高含有高谐波成分或相移电路中的功率因数。这个过程被称为功率因数校正(PFC)。PFC技术分为主动式和被动式。本文所介绍的解决方案使用被动式PFC技术无隔离设计,称为“填谷(Valley-Fill)”电路。该“填谷”电路工作原理如图2所示。faT自动化在线网

输入电压大于先前峰值电压除以“填谷”级数(电容器数量)时,负载直接从线路传输。另外,作为二极管配置的结果,电容器以串联方式充电,因而以串联的电容器数目均分电压。当输入电压低于其峰值除以级数时,电容器被迫在该放电阶段以并联方式为负载供电。该“保持”电压是初始输入峰值电压除以“填谷”级数。在此演示平台上实现的电路使用双级“填谷”电路,该电路非常重要。首先,它提供PFC,因为回路中负载的功率来自输入。其次,电容器在并行放电中提供能量储存,所以LED电流中无120Hz纹波。最后,因为它迫使大部分电流从输入线路中吸取,调光器开关仅接受所需电流)用于无闪烁操作。faT自动化在线网

采用LM3445LED驱动器进行相位调光faT自动化在线网

舍相调光器的调光已经成为各种非钨丝照明技术面临的挑战。舍相调光器分为两类:正相和反相,如图3所示。相位调光器需要“泄放”电流以允许内部定时电路正常工作,许多调光器需要额外的“保持”电流以维持整个回路的正常工作。LM3445LED驱动器的BLDR引脚提供泄放电流,外部电阻器R5在必要时可提供保持电流。美国国家半导体还可提供其他演示板,包括调光范围和增加效率的交流120Hz回路中调制保持电流的另外电路。faT自动化在线网

对于宽泛的调光范围,LM3445LED驱动器充当了相位调光器的导通角或发射角,并将其转换至合适的LED电流量,从而可以实现100:1的调光比。一些质量更高的调光器可提供更宽的范围,但是大多数应用不需要使用这类调光器。LM3445驱动器使用低侧驱动的降压稳压器调节LED电流。faT自动化在线网

峰值电流在ISNS引脚处测量,纹波保持恒定以保持平均电压恒定。通过执行一个与输出电压VLED成反比的假恒定关断时间,纹波得以保持恒定。这种方法通过保持纹波电流恒定以保持LED堆叠的平均电流恒定,而无需考虑输入和输出电压变化,这基于电感器固有的基本工作原理。下列等式体现了标准电感器中电压、电流、电感和时间之间的关系。简言之,可以不考虑续流二极管的正向电压与LED堆叠电压之间的关系。


利用传统舍相调光器更有效地实现可调光固态照明
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