中心議題：

• 探討兩種實現高效調光的方案

解決方案：

• 采用多級轉換器的LED調光
• 采用TRIAC調光器

到目前為止，切相調光器的應用相當廣泛
，很顯然，能夠有效調光的LED燈將具有極大的優勢。由於市場上還有許多基於三端雙向可控矽開關的低成本調光器，因此保證LED驅動器與所有類別相兼容是不現實的
，特別是許多調光器僅采用基本設計，性能十分有限。
 
在如辦公室照明、公共建築和街區照明等離線應用中，越來越多的應用中采用LED照明
，並且在未來幾年裏仍將保持這一趨勢。在這些應用中，大功率LED會取代線性或大功率CFL熒光燈、HID燈以及白熾燈。這些應用需要一個LED驅動器，其典型功率範圍為25W至150W。在許多情況中，LED負載都由一個的高亮度白光LED陣列組成，通常采用多種形式的芯片封裝。用於驅動這些負載的DC電流通常至少為1安培。實際也有AC電流驅動的LED係統，但是一般認為DC係統可以為LED提供更理想的驅動條件。

在LED照zhao明ming設she備bei中zhong需xu要yao進jin行xing電dian流liu隔ge離li
，以yi防fang止zhi在zai可ke以yi接jie觸chu到dao的de地di方fang發fa生sheng觸chu電dian危wei險xian
，這zhe種zhong危wei險xian在zai大da多duo數shu情qing況kuang下xia都dou可ke能neng發fa生sheng，除chu非fei采cai用yong一yi個ge絕jue緣yuan的de機ji械xie係xi統tong。這zhe是shi由you於yu與yu日ri光guang燈deng照zhao明ming設she備bei等deng不bu需xu要yao通tong過guo絕jue緣yuan來lai實shi現xian安an全quan性xing的de產chan品pin不bu同tong，LED芯片需要與金屬散熱器連接。為了實現良好的熱傳導性，需要在LED芯片和散熱器之間形成熱障
，這樣就無需通過添加絕緣材料來滿足絕緣要求。因此，在LED驅動器內部形成絕緣就是最佳選擇，同時也說明了電源轉換器拓樸技術是可行的。

兩種可能方案分別是反激式轉換器或包括一個PFC級的多級轉換器
，然後是絕緣和降壓級，最後是後端電流調整級。兩種方案之中
，反激式因其相對簡易且成本較低
，應用比較廣泛。

反激式轉換器為許多應用提供了良好的解決方案（圖1），然而
，它卻具有如下的局限性：有限的功率因數校正能力
；在寬輸入電壓範圍上效率有限

；兩倍線頻（<150Hz））時的輸出紋波很難消除；需要通過附加電路進行調光。

圖1：采用反激式轉換器的LED調光。

盡管多級設計（圖2）的額外成本限製了其在高端產品中的應用，但這種設計卻可以克服其中的一些問題。在較寬的AC輸出電壓範圍內，其可以實現高功率因數和較低的總諧波失真（THD），從而使相同的LED驅動器可以利用110V、120V、220V、240V或277V的主電源供電。

圖2：采用多級轉換器的LED調光。
 

能neng夠gou在zai很hen寬kuan的de範fan圍wei上shang保bao持chi高gao效xiao率lv，而er不bu是shi使shi效xiao率lv在zai一yi個ge特te定ding線xian負fu載zai點dian上shang達da到dao峰feng值zhi

，但dan在zai不bu同tong的de條tiao件jian下xia卻que又you大da幅fu下xia降jiang。同tong時shi，它ta也ye更geng易yi於yu降jiang低di150Hz下的紋波輸出，多級係統使其自身能夠更加高效的采用不同的調光方式。

前端部分包括一個升壓轉換器，配置采用一個功率因數校正做預調節
，在輸出端提供一個高壓DC總線，在電壓或負載的各種變化範圍上，將其穩定到一個固定的電壓。由於穩壓控製回路響應很慢，使得AC線xian頻pin率lv的de許xu多duo周zhou期qi都dou會hui受shou到dao負fu載zai變bian化hua的de影ying響xiang，它ta隻zhi吸xi收shou了le一yi個ge基ji本ben的de正zheng弦xian線xian輸shu入ru電dian流liu。這zhe個ge電dian路lu典dian型xing一yi般ban工gong作zuo在zai臨lin界jie導dao通tong模mo式shi，否fou則ze就jiu被bei認ren為wei是shi轉zhuan換huan模mo式shi。在zai這zhe種zhong模mo式shi中zhong，PWM關guan斷duan周zhou期qi和he由you此ci形xing成cheng的de開kai關guan頻pin率lv是shi可ke變bian的de，所suo以yi
，當dang存cun儲chu在zai升sheng壓ya電dian感gan器qi中zhong的de所suo有you能neng量liang傳chuan輸shu到dao輸shu出chu端duan時shi，新xin的de開kai關guan周zhou期qi才cai開kai始shi。這zhe種zhong共gong振zhen工gong作zuo模mo式shi被bei廣guang泛fan應ying用yong，而er且qie由you於yu它ta的de開kai關guan損sun耗hao最zui小xiao，從cong而er實shi現xian了le高gao效xiao率lv。在zai指zhi定ding的de功gong率lv範fan圍wei內nei使shi用yong這zhe種zhong設she計ji是shi最zui佳jia方fang式shi。

中間級將高壓DC總線電壓（典型值在475V左右）轉換成為適用於驅動LED負載的低壓輸出。基於安全方麵的考慮，LED負載通常采用低壓驅動

，因此驅動電路通常最小值為1安(an)培(pei)。通(tong)過(guo)這(zhe)種(zhong)方(fang)式(shi)，變(bian)壓(ya)器(qi)初(chu)級(ji)可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)一(yi)個(ge)正(zheng)負(fu)電(dian)壓(ya)振(zhen)幅(fu)相(xiang)等(deng)的(de)方(fang)波(bo)。二(er)次(ci)繞(rao)阻(zu)將(jiang)采(cai)用(yong)中(zhong)心(xin)抽(chou)頭(tou)，這(zhe)樣(yang)兩(liang)個(ge)二(er)極(ji)管(guan)整(zheng)流(liu)器(qi)即(ji)可(ke)用(yong)於(yu)將(jiang)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)轉(zhuan)換(huan)到(dao)DC。其中輸出電流高到可以用MOSFET取代整流二極管

，從而作為同步整流係統的方式運行。在采用3安培電流的典型應用中，在30度的環境溫度下
，同步MOSFET的表麵溫度比采用相同封裝的肖特基二極管的溫度更低。

我們可以看出
，隨著電流要求的增長
，同步整流的熱優勢就變得更為顯著。最後，還需要一個平滑電容，以產生絕緣的低紋波DC電壓。這個電容的容值為數十法拉的級別
，因此要采用陶瓷電容器。
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為了使半橋級效率更高，在設計中
，應該使其工作在諧振模式
，其中MOSFET在零電壓（ZVS）條件下開關。要實現這一點就必須保證一個MOSFET關斷而另一個MOSFET開啟之間有一個短時延

，並且在這段時延電壓從一個軌整流換向到另一條軌的中間點。這是因為電感器中能量的釋放並通過MOSFET中的體二極管進行傳導。

LED驅(qu)動(dong)器(qi)的(de)後(hou)端(duan)級(ji)包(bao)括(kuo)帶(dai)有(you)短(duan)路(lu)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)的(de)電(dian)流(liu)調(tiao)製(zhi)電(dian)路(lu)。這(zhe)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)線(xian)性(xing)調(tiao)製(zhi)電(dian)路(lu)來(lai)實(shi)現(xian)，但(dan)僅(jin)采(cai)用(yong)這(zhe)種(zhong)方(fang)式(shi)還(hai)不(bu)夠(gou)，它(ta)隻(zhi)適(shi)用(yong)於(yu)低(di)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)
，不(bu)可(ke)用(yong)於(yu)多(duo)級(ji)係(xi)統(tong)。備(bei)選(xuan)方(fang)案(an)是(shi)一(yi)個(ge)簡(jian)單(dan)的(de)降(jiang)壓(ya)穩(wen)壓(ya)器(qi)電(dian)路(lu)
，利(li)用(yong)電(dian)流(liu)反(fan)饋(kui)來(lai)限(xian)製(zhi)每(mei)個(ge)超(chao)過(guo)目(mu)標(biao)LED驅動電流的輸出電流。這樣可以補償在溫度和器件容差帶來的總的LED正向電壓的變化，同時也限製了短路或其它故障情況下的電流，保護驅動器不受損傷。

在多個輸出級都與由前一級供電的單獨的隔離DC電(dian)壓(ya)相(xiang)連(lian)接(jie)時(shi)，也(ye)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)多(duo)級(ji)通(tong)道(dao)的(de)方(fang)式(shi)。因(yin)為(wei)在(zai)這(zhe)樣(yang)的(de)設(she)計(ji)中(zhong)，一(yi)個(ge)通(tong)道(dao)出(chu)現(xian)輸(shu)出(chu)短(duan)路(lu)不(bu)會(hui)妨(fang)礙(ai)其(qi)它(ta)通(tong)道(dao)的(de)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)。而(er)且(qie)

，這(zhe)還(hai)允(yun)許(xu)將(jiang)幾(ji)個(ge)通(tong)道(dao)的(de)調(tiao)製(zhi)電(dian)流(liu)提(ti)供(gong)給(gei)不(bu)同(tong)的(de)LED陣列，並且省去了對於連接平行LED陣列的需要。眾所周知，如果LED不能在相近的溫度條件下有相似的正向壓降，那麼並行連接LED將會出現問題
，這時采用帶有多個獨立輸出的驅動器的優勢就顯而易見了。

TRIAC調光器的缺點：

現xian有you的de大da多duo數shu調tiao光guang器qi一yi般ban可ke采cai用yong前qian沿yan切qie相xiang方fang式shi工gong作zuo，采cai用yong一yi個ge非fei常chang簡jian單dan的de基ji於yu三san端duan雙shuang向xiang可ke控kong矽gui開kai關guan的de電dian路lu。這zhe些xie調tiao光guang器qi最zui初chu設she計ji隻zhi是shi與yu作zuo為wei電dian阻zu負fu載zai的de白bai熾chi燈deng一yi起qi使shi用yong。

三san端duan雙shuang向xiang可ke控kong矽gui開kai關guan器qi件jian是shi一yi個ge半ban導dao體ti開kai關guan
，它ta隻zhi有you當dang給gei其qi第di三san個ge門men極ji加jia脈mai衝chong使shi其qi觸chu發fa之zhi後hou，其qi兩liang個ge主zhu要yao端duan子zi之zhi間jian可ke以yi任ren何he一yi個ge方fang向xiang傳chuan導dao電dian流liu。這zhe個ge脈mai衝chong可ke以yi具ju有you任ren意yi一yi個ge極ji性xing，因yin此ci易yi於yu通tong過guo一yi個ge基ji本ben的deRC計時電路進行創建。其工作原理包括：在ACxianzhouqideyigedianshangchufasanduanshuangxiangkekongguikaiguan，zheyangtajiangyizhidaotongdaozhouqidejieshu，zhouqijieshushixianxingdianyajiangweiling，jiezheliujingsanduanshuangxiangkekongguikaiguandianliuyejiangweiling，sanduanshuangxiangkekongguikaiguanhuizaiciguanbi。sanduanshuangxiangkekongguikaiguanqijianjuyouzuixiaodeedingbaochidianliu，diyuzhegedianliu
，kaiguanjiangguanbi。tiaojiedianluzhongdedianweiqikongzhitiaojieqidianluzhongsanduanshuangxiangkekongguikaiguandekaitongdian，bingqietongguoshixiantiaoguanggaibianzhengtidepingjunAC電流。

然而，即使它們包括一個功率因數校正前端
，LED轉(zhuan)換(huan)器(qi)和(he)其(qi)它(ta)電(dian)源(yuan)或(huo)電(dian)子(zi)鎮(zhen)流(liu)器(qi)也(ye)不(bu)會(hui)成(cheng)為(wei)調(tiao)光(guang)器(qi)的(de)純(chun)電(dian)阻(zu)負(fu)載(zai)。當(dang)調(tiao)光(guang)水(shui)平(ping)被(bei)降(jiang)低(di)時(shi)，調(tiao)光(guang)器(qi)中(zhong)的(de)三(san)端(duan)雙(shuang)向(xiang)可(ke)控(kong)矽(gui)開(kai)關(guan)可(ke)能(neng)會(hui)不(bu)規(gui)律(lv)被(bei)激(ji)發(fa)或(huo)錯(cuo)過(guo)開(kai)關(guan)周(zhou)期(qi)。無(wu)需(xu)將(jiang)降(jiang)壓(ya)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)初(chu)級(ji)側(ce)中(zhong)的(de)整(zheng)流(liu)換(huan)向(xiang)電(dian)感(gan)器(qi)返(fan)回(hui)到(dao)電(dian)容(rong)分(fen)壓(ya)器(qi)的(de)中(zhong)點(dian)
，電(dian)流(liu)即(ji)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)DC分隔電容器流回到線輸入。這就在AC線(xian)循(xun)環(huan)結(jie)束(shu)前(qian)，提(ti)供(gong)了(le)少(shao)量(liang)的(de)額(e)外(wai)電(dian)流(liu)，這(zhe)些(xie)電(dian)流(liu)將(jiang)使(shi)三(san)端(duan)雙(shuang)向(xiang)可(ke)控(kong)矽(gui)開(kai)關(guan)處(chu)於(yu)開(kai)啟(qi)狀(zhuang)態(tai)，並(bing)使(shi)其(qi)在(zai)所(suo)要(yao)求(qiu)的(de)調(tiao)光(guang)範(fan)圍(wei)內(nei)運(yun)行(xing)。這(zhe)一(yi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)通(tong)過(guo)利(li)用(yong)那(na)些(xie)將(jiang)被(bei)浪(lang)費(fei)的(de)電(dian)流(liu)，通(tong)過(guo)基(ji)於(yu)三(san)端(duan)雙(shuang)向(xiang)可(ke)控(kong)矽(gui)開(kai)關(guan)的(de)調(tiao)光(guang)器(qi)幫(bang)助(zhu)調(tiao)光(guang)。（圖3）

利用這種方式調光是切實可行的
，因為隨著調光級別的降低
，前端級的輸出總線電壓也在降低。通過這種方式
，實現了LED的線性調光，由此滿足了更為複雜的PWM調光電路的要求並避免了可能的專利侵權。盡管調光器兼容性需要損失一定的效率
，但多級配置仍是更高性能LED驅動器設計的絕佳選擇。

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