浅谈数字电源技术推动LED照明发展

LED照明不仅需要精确和稳定的电流，还要求电流的纹波非常低。科学家研究表明，低于165Hz的闪烁，不管来自可见光还是不可见光，都有可能引起偏头痛或者视觉不适。低于70Hz的闪烁甚至会对少部分人引发癫痫。因此， 美国电气和电子工程师协会（IEEE）正在制定相关标准来引导对人体健康无危害的LED 照明驱动的设计。

一个输入呈阻性的电源系统内部一定要存在储能元件，当输入电压低的时候可以提供能量给负载。如果能量进行单次转换又要求输入呈阻性，其需要非常大的输出电容来降低负载的电流纹波。如果能量进行二次转换可以解决这个问题。通常的二次转换形式是结合Boost 输入级和反激式输出级。输入级主要控制驱动电源的输入阻抗。反激式电源提供低纹波输出电流。二次转换控制的复杂性很高。特别是当接入调关器的时候还需要协调输入级和输出级的能量平衡。图3是常用的二次转换系统结构。传统的二次转换控制方案需要同时得到输入电压Vin、Boost 电流IL、中间电容上的电压Vbulk、反激式原边电流Ip以及电压的反馈Vout，控制成本很高，因此很难得到广泛应用。数字控制技术提供了简单的一次侧反馈方法，还可以预测中间电容电压，因此只需要检测输入电压Vin 并解析变压器反馈信号就能实现完整的二次转换控制。大大简化了系统的控制成本。

全面的驱动保护 在LED 灯具的设计，生产和使用的过程中，驱动电源有可能面对LED 负载的短路、开路，驱动电源板的短路、虚焊，接插件的错接、反接等等问题。全面的驱动保护可以简化LED 灯具的设计和生产，延长使用寿命，降低生产成本。对系统状态进行实时监测并做出精确判断是数字控制的一个长处。数字控制可以快速地实现：

LED 负载的开路保护

LED 负载的短路保护

LED 负载的过热保护

LED 灯的限功率控制

控制器的各管脚的开路和短路保护

2 调光技术

2.1 动态的调光器阻抗配合

传统的调光器主要用于驱动纯电阻负载，包括前沿切相调光器，后沿切相调光器和智能调光器等等。由于负载是白炽灯，传统的调光器功率都在200W- 600W。LED 驱动电源的特性正好相反--小功率，容性负载。为了能够兼容这些调光器，LED驱动电源必须提供阻性或者是类阻性的负载才能使调光器稳定工作。利用功率电阻直接提供阻性负载是一种传统的解决方案。这种方式的调光效果好，但是其主要问题是效率低。这与LED灯高效率的优势背道而驰。另外一种常见的方案是利用功率因数整流技术，使输入电流跟随输入电压变化，因而提供类阻性负载。这种方案往往适用于高功率LED驱动应用上。对于普及的小功率家用和商用LED驱动，其问题是输入阻抗往往过高，特别是调光器和驱动部分EMI 抑制元件的相互作用往往使得其无法保证有足够大的输入电流去维持可控硅的稳定工作。如果调光信号处理不好就会造成LED 闪烁。

数字控制技术可以灵活地结合功率因数整流技术和动态阻抗匹配方法。当控制器检测到调光器存在的情况下，根据调光器输出的相位角，控制器提供匹配的阻抗来维持可控硅的导通。在控制相位角判断完成以后，控制器可以利用高阻抗来关断可控硅，同时通过功率因数整流技术来维持输入的波形。图4 所示后切和前切调光器波形。OUTPUT（TR）是Boost 驱动控制。例如当检测到后切波形时，Boost 驱动完全打开，快速地泄放输入端电荷；相反，当前切调关器可控硅关断后，Boost 驱动则缓慢地泄放输入端电荷。在这两种情况下，输入的相位都可以得到完整地恢复。目前市场上很多控制器都要求可控硅导通一个完整的交流周期，对提高调光的效率非常不利。利用数字技术可以大大降低调光的损耗，符合绿色照明的宗旨。