提供额外电能与电源转换器设计的主要目标相悖,原来的目标是提供高效、良好设计的高质量电源处理。因此,设计者要做双倍的工作:既要从交流电源为LED负载提供高效的电源转换,又要确保相位调光功能的正常工作,同时尽量减少过多的功率损耗。
现在,对电源质量的新规定要求很多LED系统中使用PFC(功率因数控制)。PF(功率因数)是对转换器输入端到输出端能量传输品质的一种度量。如果输入电流没有失真,并且与输入电压完美地同相,则PF为1。由于电抗元件造成的输入电流任何相移或失真以及开关噪声等,都会使PF降低。
由于大多数LED系统都采用了某种形式的PFC,输入电流通常能很好地追随输入电压,这意味着当电压与电流同时下降时,相位调光器经常会导通角的末端瞎火(图2)。这种瞎火会根据其发生的时点,产生一种不断变化的导通角解码。
初始方案
一种满足保持电流要求的简单方法是加一个负载电阻,以确保设计在整个导通时间内,满足最低的输入电流条件。但这种方法效率太低。对于一个100W的白炽射灯,仅需要用15W的LED作替换,而这种固定式保持电流会造成10%~20%的效率下降。
更复杂的方案是在每个周期中线性地增负载,即在导通角期间逐步地提升额外保持电流,直至在末端到达最大值。这种方法可以大大减少效率损失;不过,在宽的工作区间上,它有设计困难。
例如,对于一个85V~305V通用交流电源输入的15W LED射灯,最差保持电流情况出现在305V 交流时,此时输入电流为最小。为了保证在305V交流时的整个导通角上,TRIAC都能保持导通,就必须增加一个相当大的保持电流。由于这是一种通用设计,因此在85V交流时加的保持电流就要比实际需要值高大约四倍,造成巨大的功率浪费。
动态保持
获得效率最大化的最佳方式是调节最低输入电流。采用这种方法时,当输入电流高于调节点时,不会拉出额外的保持电流。当输入电流低于调节点时,电路会拉出足够的电流以维持最小的保持要求,LM3450控制器实现了这种方法,叫做动态保持(图3)。它在二极管桥回返以及系统地之间有一只检测电阻,提供了一种输入电流的检测方法。通过电阻上检测到的电压,控制器就可以线性地从保持管脚拉出电流,以维持最小的调节输入电流。这样就确保了额外功耗处于最小值状态。
最后,为了保证正确地解码相位角,动态保持是必需的,这样才能为转换器提供精确的调光指令。想法是,防止TRIAC在解码期间出现瞎火问题,这样导通角就不会出现偶发变化而造成闪烁。仔细观察一下系统,实际并不需要在每个周期做角度解码。一个采样系统可以释放出更多的效率。用这种方案,当发生解码时,只有在采样周期内才需要增加额外的保持电流。在非采样周期内,则不需要电流。