基于PWM的可控硅非线性调光LED驱动电路

1、仅供个人参考基于PWM的可控硅非线性调光LED驱动电路2013年4月23日来源：大比特半导体器件网引言近年来，高亮度LED照明以高光效、长寿命、高可靠性和无污染等优点 正在逐步取代白炽灯、荧光灯等传统光源。在一些应用中，希望在某些情况 下可调节灯光的亮度，以便进一步节能和提供舒适的照明。常见的调光有双 向可控硅调光、后沿调光、ON/OFF调光、遥控调光等。可控硅调光器在传统 的白炽灯等调光照明应用已久，且不用改变接线，装置成本较低，各品牌可 控硅调光器的性能和规格相差不大，但是其直接应用在LED驱动场合还存在 着一系列问题。1双向可控硅TRIAC调光原理市面上大多数可控硅调光器基本结构如图1所

2、示，其工作原理如下：当交 流电压加双向可控硅TRIAC两端时，由于Rt、Ct组成的RC充电电路有一个 充电时间，电容上的电压是从0V开始充电的，并且TRIAC的驱动极串联有一 个DIAC(双向触发二极管，一般是30V左右)，因此TRIAC可靠截止。当Ct 上的电压上升到30V时，DIAC触发导通，TRIAC可靠导通，此时TRIAC两端 的电压瞬间变为零，Ct通过Rt迅速放电，当Ct电压跌落到30V以下时，DIAC 截止，如果TRIAC通过的电流大于其维持电流则继续导通，如果低于其维持 电流将会截止。电感L和电容C的作用是减小电流和电压的变化率，以抑制 电磁干扰EMI问题。图1常见的可控硅调光器

3、可控硅前沿调光器若直接用于控制普通的LED驱动器，LED灯会产生闪 烁，更不能实现宽范围的调光控制。原因归结如下：(1) 可控硅的维持电流问题。目前市面上的可控硅调光器功率等级不同， 维持电流一般是775mA(驱动电流则是7100mA),导通后流过可控硅的电 流必须要大于这个值才能继续导通，否则会自行关断。(2) 阻抗匹配问题。当可控硅导通后，可控硅和驱动电路的阻抗都发生变 化，且驱动电路由于有差模滤波电容的存在，呈容性阻抗，与可控硅调光器 存在阻抗匹配的问题，因此在设计电路时一般需要使用较小的差模滤波电 容。(3) 冲击电流问题。由于可控硅前沿斩波使得输入电压可能一直处于峰值 附近，输入滤波

4、电容将承受大的冲击电流，同时还可能使得可控硅意外截止， 导致可控硅不断重启，所以一般需要在驱动器输入端串接电阻来减小冲击。(4) 导通角较小时LED会出现闪烁。当可控硅导通角较小时，由于此时输 入电压和电流均较小，导致维持电流不够或者芯片供电Vcc不够，电路停止 工作，使LED产生闪烁。2 一种可控硅调光的LED驱动电源线性调光存在的问题，即人眼在低亮度情况下对光线的细微变化很敏感； 而在较亮时，由于人眼视觉的饱和，光线较大的变化却不易被察觉。并提出 了利用单片机编程来实现调光信号和调光输出的非线性关系(如指数、平方 等关系)的方法，使得人眼感觉的调光是一个线性平稳过程。文中设计的电路利用RC

5、充放电电路来实现这一功能。图2是一种利用普通的脉宽调制PWM芯片结合外围电路来搭建可控硅调光 的LED驱动电路框图。维持电流补偿电路通过检测 R1端电压(即输入电流) 来控制流过维持电流补偿电路的电流。当输入电流较小时，维持电流补偿电 路上流过较大的电流；当输入电流较大时，维持电流补偿电路关断，维持电 流补偿以恒流源的形式保证可控硅的维持电流。调光控制电路包括比较器、 RC充放电电路和增益电路。实验中选用一款旋钮行程和斩波角成正比的可控 硅调光器，其最小导通角约为30。不得用于商业用途LEDJJFlyback维持电流.=补偿PVM 控制芯片PI调节厂冬JC充放电电路图2可控硅调光LED驱动电路

6、框图根据图2中，RC充放电电路的输出经过增益电路后可得电流参考为：式中k为增益，VC为RC充放电电路的输入电压，t为RC的时间系数， 0为可控硅的导通角。则在最小导通角对应的输出为零，即电路输出的最大值对应电流参考的 最大值：F讥珂1一十)从式(1)和式 可得输出电流表达式如式所示，输出电流在不同RC 时间系数下随可控硅导通角之间的关系如图3a)所示。Iok* Kc l-e ?亠e 厂)(3)在斩波角为0时，电路对应的输入功率为：尸丘水次1Jl in式中Vp为输入电压峰值，Rin为等效输入阻抗。假设电路的变换效率为n ,且电路的输出功率为PO=IOUO 则可得到 电路的等效输入阻抗如式所示。0

7、n4JTo2010-Xcos dsin 228 32 36 40 448 12 16 20sin )从式可得电路的功率因数如式所示，功率因数随可控硅的导通角的关系如图3b）所示。3实验及结果控制芯片为NCP1607;输入交流电压220V，最大输出功率为25W,最大输出电流为0.7A;以3串（每串10只0.8W的LED灯）相并联作为负载；RC时间系数选择r/ms“阴抗匹配幵关驱功电压波形-smr ,)g)根据以上分析，本文设计台基于反激变换器的可控硅调光LED驱动器，0.5，增益为0.2。电路的实验波形和工作特性曲线如图4所示。-Lpsin仇云d(ct)/ msb）输入电流波形白输入电压波形d）

8、输出电流曲线U）功率因数曲线图4工作波形图及特性曲线图4a）、b）、c）为可控硅导通角为115时 阻抗匹配开关驱动电压VZ、输 入电流Iin 、输入电压Vin的波形，电路的输出电流为470mA，功率因数为0.78 。 从图中可看出，当可控硅导通瞬间，由于驱动器输入端有差模滤波电容导致 输入电流有冲击电流尖峰，而当输入电流小于一定值时，阻抗匹配开关开通 以保证流过可控硅的电流大于其维持电流。图4d）为可控硅不同导通角对应的输出电流曲线，实际调试中可控硅导通 角在150之 后就接近满载输出了。图4e）为可控硅在不同导通角下对应电路 的COS 0 曲线。4结语本文分析了现有可控硅调光器用于LED驱动

9、时存在的问题，并根据人眼 对光线反应非线性的特点，设计了一种利用普通PWM芯片结合外围电路搭建 的可控硅非线性调光LED驱动电路，分析了电路在调光过程中的工作特性， 实验结果实现0100%平稳无闪烁调光。仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l e tude et la recherche uniquementa des fins pe