行業技術分享：工程師解析LED照明系統設計技巧

圖 2：用于A19白熾燈替換燈的5W、15V可控硅調光LED驅動器的電路圖

圖2中的電路提供350mA的單路恒流輸出和15V的LED串電壓。使用標準交流電源可控硅調光器可將輸出電流減小1%(3mA)，并且不會造成LED負載不穩定或閃爍。該驅動器可同時兼容低成本的可控硅調光器和更復雜的電子前沿及后沿調光器。

該驅動器的功能增加了輸入EMI濾波和三個可控硅調光所特有的元件：一個無源衰減電路、一個有源衰減電路和一個泄放電路。

輸入EMI濾波可確保符合IEC環形波和EN55015傳導EMI規定。然而，關鍵點在于LinkSwitch-PL控制器集成了內置的頻率抖動特性。該特性可分散開關頻率和降低EMI峰值，使EMI濾波電路的尺寸遠低于正常要求。這有助于大幅減小對可控硅帶來的電感性負載，從而降低發生振蕩的可能性。

電阻R20構成無源衰減電路。有源衰減電路在每個交流半周期通過輸入整流管連接串聯電阻(R7和R8)，在剩下的交流周期則通過并聯可控硅整流器 (Q3)繞過該電阻。電阻R3、R4和C3決定Q3導通前的延遲時間，然后將衰減電阻R7和R8短路。無源衰減電路和有源衰減電路可在每個半周期可控硅導通時，共同限制峰值浪涌電流。

電阻R10、R11和C6形成泄放電路，確保初始輸入電流量可以滿足可控硅的維持電流要求，特別是在導通角較小的情況下。對于非調光應用，則可以省去無源衰減電路、有源衰減電路以及泄放電路。隔離式LED驅動器

圖2中的驅動器針對低功率、電氣非隔離式集成LED替換燈專門優化過。PI針對要求電氣隔離的更高功率LED照明系統，推出了LinkSwitch-PH控制器。圖3所示(詳見本刊網站)為使用LinkSwitch-PH的隔離式LED驅動器的電路圖。

圖 3：14W可控硅調光的高功率因數LED驅動器的電路圖

該電路能夠在90VAC至265VAC的輸入電壓范圍內對28V的額定LED串電壓提供0.5A驅動電流，其特性包括超寬調光范圍、無閃爍工作(即使使用低成本的交流輸入可控硅調光器)以及快速平滑的導通。

它所使用的拓撲結構是運行于連續導通模式下的隔離反激式結構。輸出電流調節完全從初級側檢測，因此無需使用次級反饋元件。單級內部控制器調整高壓功率MOSFET的占空比，以保持輸入電流為正弦交流電，從而確保高功率因數和低諧波電流。

該電路的功能與圖2中的電路大體相似，最明顯的差異是該電路采用了電氣隔離，沒有使用與負載串聯的檢測電阻。反饋控制通過變壓器上的偏置繞組提供。反饋控制具有兩項功能：經由旁路(BP)輸入對LinkSwitch-PH供電，經由反饋(FB)輸入提供電流反饋。LinkSwitch-PH 提供的另一個重要輸入是電壓監測(V)。該引腳與外部輸入電壓峰值檢測器接口相連，后者由D1、C3、R1、R2和R3構成。外加電流用于控制輸入欠壓 (UV)和過壓(OV)的停止邏輯，并提供前饋信號以控制輸出電流和遠程開/關功能。該電路集成了衰減電路和泄放電路，以確保可控硅工作。

在任何LED照明裝置中，驅動器的性能都決定著最終用戶的照明體驗，包括啟動時間、調光、無閃爍工作和各單元之間的一致性。14 W驅動器可同時在115 VAC和230 VAC下兼容各種調光器并兼容盡可能寬的調光范圍。因此，衰減電路和泄放電路會起到相對積極的作用，但這會讓效率下降。即使如此，該電路的效率仍能在115 VAC下≥85%，在230 VAC下≥87%。如果不需要調光功能，可省去衰減電路和泄放電路，可取得更高的效率。

隨著LED照明市場潛力的不斷擴大，上述設計折衷凸顯出了一系列哲學問題。既然新技術的功耗只是舊技術的十分之一，在會降低效率(即增加功耗)的情況下，是否真的有必要與所有舊的可控硅控制器實現兼容？當使用一個最低負載規格為40W的1000W可控硅控制器提供驅動時，我們能否讓一個5W LED燈正確工作呢？是的，這是可以做到的，也許應該盡快做到。但我們必須謹記，完整照明解決方案的最終目標是實現最大效率和最低生命周期成本。