提高LED照明的调光性能与实现无闪烁

LED照明设计师面临的最大挑战之一是基于TRIAC的调光器中LED灯的调光性能。在许多情况下，与白炽灯泡相比，这会导致闪烁和减少调光范围。问题是基于TRIAC的调光器设计用于具有电阻负载的白炽灯。当LED开始与调光器一起使用时，低电流要求以及器件的非电阻性质导致TRIAC间歇性地开启和关闭，这产生闪烁效应。

LED和LED驱动器是非电阻性负载，其输入电流通常低于调光器中TRIAC的保持电流。这会导致闪烁和有限的调光范围。

LED驱动器制造商已经开发出新的解决方案来解决这一闪烁问题。一种方法是在LED驱动器中加入泄放和阻尼电路。泄放电路的作用是确保输入电流高于TRIAC的保持电流限制。阻尼电路“阻尼”电流振荡，这也有助于闪烁。

本文将研究几种可用的LED驱动器IC和设计，这些IC和设计将有助于实现无闪烁和快速启动调光性能，同时仍然提供高功率因数，高效率和低THD以实现良好的照明性能。 “这些TRIAC墙式调光器设计用于与白炽灯泡配合使用，白炽灯泡的额定工作功率更高，并具有电阻性能，”Intersil公司应用工程师Rakesh Anumula表示，“当从白炽灯泡迁移到任何一个CFL或LED照明，负载不再是电阻性的，但它是电感性或电容性的，因此调光器的行为与白炽灯泡的行为不同。“

“当调光器与LED驱动器的输入相互作用时，结果会闪烁，”Anumula补充道。 “它们引起某种共振，这使得TRIAC间歇性地打开/关闭，这导致输出处的光闪烁，这被视为闪烁。”

此外，由于负载现在不同，调光特性也是不同的。根据Anumula的说法，光强度或光输出不同。

问题在于TRIAC需要一定量的锁存电流和保持电流。 LED灯泡不满足此电流要求，这反过来意味着TRIAC将间歇性地打开和关闭。为了提供锁存和保持电流，LED驱动器IC制造商现在正在为其设计添加放电和阻尼电路。放电电路（通常是带有输入电容的小电阻）提供锁存和保持电流，并消除了TRIAC的失火。它可以实现为被动或主动泄放器。

Anumula指出，无源放电器可用于超低功率LED灯泡。这种解决方案的缺点是设计会受到影响，因为电阻器始终处于开启状态并且正在放电。

有源解决方案使用电阻和电容，但电阻仅在需要时开启。权衡的是，该解决方案需要一个有源开关来打开和关闭电阻，但它比无源泄放器解决方案提供更高的效率。

还需要一个阻尼电路来确保TRIAC不会失火。它使用一个与线路串联的小电阻，可以抑制输入电流波形，因此不会导致非常高的输入电流尖峰。阻尼电路还确保调光器在连接到多个LED灯时不会发生故障。 Anumula表示，连接多个LED的调光器中的大输入电流尖峰可能会超过TRIAC的额定值并导致其过早失效。

“如果在桥式整流器之后使用阻尼电路，可以使用MOSFET来控制电阻何时开启或关闭，”Anumula说。 “如果你在输入端使用它，在桥式整流器之前，你需要一个硅控制器整流器来确保电阻器在电路中或者不在电路中。”

如图1和图2所示，Intersil的ISL1903和ISL1904 LED驱动器控制器采用了调光器保持电路（DHC）。它是主动排气和阻尼电路的组合。有源泄放电路使用MOSFET，二极管，电阻和电容来提供一定量的保持和锁存电流。

图1：ISL1903是一款高性能，临界导通模式（CrCM），单端降压LED驱动器控制器。它可以与DC输入转换器一起使用，但也支持使用功率因数校正（PFC）将AC电源单级转换为恒流源。 DHC引脚提供了在AC被阻断的时间段期间预加载基于TRIAC的调光器的方法，在AC传导时段的每个边缘处重叠以确保足够的保持电流。 DHC是一个开漏FET，用于控制外部电阻作为负载。

图2：Intersil ISL1904可调光AC电源LED驱动器采用功率因数校正（PFC）和初级侧调节。它还可配置为脉冲宽调制（PWM）调光。

ISL1903支持降压转换器拓扑，包括隔离正激转换器和非隔离源返回降压转换器，而ISL1904则支持升压转换器拓扑和隔离反激转换器。

德州仪器（TI）的最新一代LED驱动器IC之一，LM3447（ED：请参见正文上方的D-K链接部分中的注释），还包含保持或泄放电路，以确保TRIAC具有足够的电流。根据德州仪器照明电源解决方案产品营销工程师John Perry的说法，当LED负载开始变低时，可以再次打开泄放电路以提供额外电流，以便TRIAC在低导通周期内保持导通状态。

当TRIAC触发时，它不需要太大电流来保持导通，但它通常会失去传导;电流非常接近LED负载，并且当它进一步变暗时，它需要较少的LED电流到调光器不能再导通的点。 Perry说，“这是它开始喋喋不休，开火和重新启动的时候，它最终将通过LED负载闪烁。”

在反激式拓扑结构中，如图3所示，带有两个电阻的LM3447 HOLD引脚提供了在需要时保持TRIAC导通所需的保持电流。随着调光器进一步变暗，保持电流开始，当传导高或接近满功率时，保持电流不会被施加，佩里说。

图3：德州仪器（TI）LM3447采用了基于TRIAC的调光器的保持电流电路。来自调光器的保持电流通过反激PFC电路通过传输晶体管（QPASS）吸收，并受电阻器（RHLD1和RHLD2）的限制。

LM3447 AC/DC LED驱动器是LM3445的扩展，包括调光器检测，相位解码器和可调节保持电流电路，用于隔离反激式LED照明应用中的无闪烁调光操作。据TI称，该器件的恒定功率调节可确保恒定的LED功率，从而使灯具在整个工作温度范围内的功效提高10％。还提供LM3447评估模块。

对于降压或降压 - 升压拓扑结构，设计人员可能需要考虑德州仪器公司的TPS92075（图4），它结合了数字电路和数字滤波，以解决一些调光问题。 TPS92075控制器设计用于相位可调，离线AC/DC LED灯和筒灯应用。

TI表示，它使用专有的输入电流控制方法来提高与电子变压器的兼容性，并实现PFC高于0.9，同时在TRIAC调光器中提供无闪烁调光。

图4：在Texas Instruments TPS92075中，当导通角低于70％阈值时，输出由DC数字参考控制，基于角度感应（ASNS）上升到下降长度计数。为了改善TRIAC调光器兼容性，控制电平钳位在高低范围。通过实现在调光范围内将输出需求更高或更低的转换，它消除了对保持电路的需要。