LED吸顶灯及其驱动电源解读

　　这个电路可以驱动21个1W的LED。其主要指标如下：

　　其输出LED电流以及效率随输入电压的变化如图10所示。

　　图10. 输出电流和效率随输入电压的变化

　　因为电路中没有采用无源功率因数校正，所以功率因数比较低。这个电路也没有采用为减小EMI所需的滤波器，如果加上这两项以后都会降低其效率。

　　所有这些非隔离式电源因为在LED负载上会触摸到市电，所以有严格的安规检验，尽管采用良好的绝缘可以满足安规的要求，但是欧盟IEC 61347-2-13 （5/2006）标准规定在LED负载端电压不可超过25VAC或35VDC。所以采用非隔离电源是无法出口欧盟的。

　　隔离式电源

　　最近美国TI公司推出了一种隔离式恒流源芯片TPS92070，它的电路图如图11所示。

　　图11. TPS92070实际应用电路图

　　输入：90-264VAC

　　输出：25V，350mA

　　效率：>85%

　　1. 可调光隔离式恒流源

　　iW3614

　　其电路图如图12所示。

　　图12. iW3614应用电路图

　　输入：100-120VAC或220-240VAC

　　输出：25V，400mA

　　效率：>82%

　　PF：>0.9 非调光模式，调光模式时取决于可控硅。

　　THD：满足 IEC61000-3-2

　　调光兼容RC、R、RL

　　 　LT3799

　　今年2月美国凌特公司宣布了一个用于LED恒流驱动的IC（LT3799），它可以驱动4-100W的LED，而且本身带PFC，外置功率MOSFET开关管，反激隔离式而不需要光耦合器，外置元件减到最少，而且还可以用于可控硅调光。

　　图13 可用于高功率LED 吸顶灯的反激式隔离型恒流电源

　　这个电路图是一个给24瓦吸顶灯用的演示板的电路图。其主要技术指标如下：

　　它的演示版的布置图如图14所示。具体应用时当然也可以设计成圆形。

　　图14. LT3799的演示版

　　这个市电恒流源因为功率大，而且可以适应4-100W的宽功率范围（这是吸顶灯的功率范围），所以一定是采用外置MOS开关管，而且也因为功率大，所以要求采用功率因数校正（PFC）。对于不同的功率，除了要选择不同的MOS管外，还要求选择不同大小的变压器。变压器加大了整个恒流源的体积和重量，降低了效率。但是这是为隔离市电所必需的。

　　六、LED吸顶灯的调光

　　目前全世界很多知名的LED恒流驱动芯片公司都花了很大的力气开发出了很多可以和各种可控硅调光的所谓Triac配合以进行调光的芯片。然而这也是一种相当可悲而又可笑的事。因为可控硅是上世纪六十年代的产品，本身是一种相当古老而落后的器件。它的确可以用来和白炽灯配合进行调光，可是它在调光的过程中会破坏正弦波的波形因而引起系统的功率因数降低，而且还会在线路上产生很大的干扰信号。在白炽灯调光时因为白炽灯的亮度只是由电源电压的有效值决定，所以可以跟着可控硅的导通角调光，而且对于可控硅来说，白炽灯是一个理想的纯阻负载，也不会对它的工作有什么影响。

　　可是换成LED以后就产生了一系列的问题，首先带整流器的LED是一个容性负载，对可控硅有很大影响，在低负载时就会不稳定触发，除非并联一个电阻。但会进一步降低系统的效率（增加1-2W功耗）。为了使得LED也能配合可控硅调光就必须把带整流器的整套恒流电源系统的功率因数提高到看上去接近纯阻负载。所以很多公司开发出有源功率因数校正芯片。使得LED整个系统的功率因数达到0.9以上。不少人误以为采用功率因数校正以后，连同可控硅在内的整个系统的功率因数都可以达到0.9以上。这完全是误解了， 即使是纯阻负载接上可控硅以后功率因素也会随调光而降低。

　　下面是可控硅调光过程中，带功率因数校正（达0.96）的LED球泡灯的整套系统（包括可控硅在内）的功率因数的变化（附带也有白炽灯的数据以供比较）。

　　由表中可知，不管是经过功率因数校正的LED灯，还是白炽灯，在一开始时功率因数都可以达到0.96以上。但随着可控硅的调光，其功率因数逐步降低，到无法再调光时，功率因数低至0.48和0.566。所以作为整个系统来说，其功率因素指标是不符合美国能源之星的要求的。

　　全世界的各种可控硅调光器多达几十种，上百种。很多LED灯为了和这些可控硅兼容，不知道做了多少试验和改进，但最后还是吃力不讨好。由于国外的人工很贵，所以也可以认为这是不得已的做法，但是在中国完全可以采取另一些更先进的做法。

　　为了要对LED调光，可以有很多办法，这些方法都没有可控硅的缺点。下面介绍几种最常用的方法：

　　6.1 采用脉宽调制PWM调光

　　LED是一个二极管，它可以实现快速开关。它的开关速度可以高达微秒以上。是任何发光器件所无法比拟的。因此，只要把电源改成开关恒流源，用改变脉冲宽度的方法，就可以改变其亮度。这种方法称为脉宽调制（PWM）调光法。图15表示这种脉宽调制的波形。假如脉冲的周期为tpwm，脉冲宽度为ton，那么其工作比D（或称为孔度比）就是ton/tpwm。改变恒流源脉冲的工作比就可以改变LED的亮度。

　　图15. 用改变脉冲宽度的方法来改变LED的亮度

　　具体实现PWM调光的方法就是在LED的负载中串入一个MOS开关管（图16），这串LED的阳极用一个恒流源供电。

　　图16. 用PWM信号快速通断LED串

　　然后用一个PWM信号加到MOS管的栅极，以快速地开关这串LED。从而实现调光。也有不少恒流芯片本身就带一个PWM的接口，可以直接接受PWM信号，再输出控制MOS开关管。那么这种PWM调光方法有那些优缺点呢？

　　1．不会产生任何色谱偏移。因为LED始终工作在满幅度电流和0之间。

　　2．可以有极高的调光精确度。因为脉冲波形完全可以控制到很高的精度，所以很容易实现万分之一的精度。

　　3．可以和数字控制技术相结合来进行控制。因为任何数字信号都可以很容易变换成为一个PWM信号。

　　4． 即使在很大范围内调光，也不会发生闪烁现象。因为不会改变恒流源的工作条件（升压比或降压比），更不可能发生过热等问题。

　　具体获得PWM信号的方法为在墙上的PWM开关和电位器里安装一个PWM发生器。这个PWM发生器可以很容易地用一个555芯片形成（图17）。

　　图17. 用555构成一个PWM发生器

　　这个发生器的指标如下：

　　1. 输入电源：10-36V ，20mA

　　2. 输出信号：200Hz的PWM信号，0-100%，5V （也可为10V）

　　3.