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TRIAC调光LED驱动器设计

上传人:孙中华

上传时间: 2014-05-26

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  随着LED技术在各种领域的快速发展,譬如城市照明、饭店、商场照明以及居家照明市场,在不久的将来,LED照明产品将成为多数用户的首选,可以设想LED照明即将改变每个人的生活,从而掀起一场照明设计革命。

  当然,提到LED照明时,就会想到‘交流硅控闸流体’(TRIAC)调光LED技术。也许很多工程师会质疑:为什么LED灯要采用这种高应用价格且设计复杂的TRIAC呢?其实,这是因为对于调光白炽灯的需求所引起的。过去人们根据环境变化和个人喜好自由调节灯光亮度,同时还要减少用电消耗,如美国和欧洲的家庭大多都已配置调光器了,因此,当LED灯要取代传统调光白炽灯时,就必须兼顾原本已安装调光器的家庭用户,让用户感觉使用LED灯也像用白炽灯一样,可以随意调整亮度,而且调光过程也不会出现任何异常。

  本文将讨论设计TRIAC调光LED驱动器设计时要注意的环节,并实际设计一款具高功率因子、高兼容性的LED驱动器作为例子。

  调光器原理

  调光器在各个国家销售的种类繁多,价格也相差几倍到数十倍不等,如果从调节形式区分,可分为按压式和旋钮式调光器,数字控制和触控式调光器。绝大多数调光器的控制原理主要分为前切式(leading edge)和后切式(Trailing edge)调光器。

  图1是美国Lutron公司前切式调光器的内部原理图,U2是双向TRIAC,C2、R2、R3、R5、R4组成分压回路,透过电阻器R5来调整TRIAC U2触发极的开启角度。当可变电阻R5从3奥姆到80K奥姆变化时,通过TRIAC的电压导通角也相对由130度移到90度,图1有其模拟波形图。调光器内主要关键组件就是TRIAC U2,不同型号的调光器拥有不同输出功率和工作特性。因此,在实际设计调光LED驱动器时,困难之处在于如何提高驱动器的兼容能力,以满足不同TRIAC的工作要求。

  

图1:前切式调光器内部原理图前及仿真波形图

  TRIAC是在单一硅控整流器(SCR)的基础上发展而成的,它不仅结合了两只正反器并联的硅控闸流体,而且仅需一个触发电路,是比较理想的交流开关组件,其英文名称TRIAC即三端双向交流半导体开关。

  图2显示恩智浦半导体TRIAC BTA216的几项主要特性,IGT是指闸极触发电流参数,IL是闭锁电流,是晶闸管从断态转入通态,并移除触发讯号后,能维持导通所需的最小电流。IH是维持电流,是维持TRIAC通态所必需的最小电流,它与接合温度有关,接合温度越高,IH则越小。

  

图2:TRIAC部分规格参数表

  白炽灯是一个纯阻性负载,一般功率范围在25W到100W,很容易就能满足TRIAC IL和IH的工作条件,所以不会遇到闭锁电流或维持电流不够的问题,而LED驱动器功率一般都小于20W,另外驱动器里有电容和电感储能组件,在整个周期内不至于持续消耗输入能量,这也是LED驱动器高效率的原因,但这又很容易造成闭锁电流或维持电流不够,而导致灯泡闪烁,所以实际测试时,要仔细判别是哪项参数配置不合理而造成调光器的不正常动作。

  后切调光器顾名思义,就是调光器调整输出电压的角度是在后缘进行控制的,与前切调光器相比,它没有开启冲击电流和触发电流IL的问题,配合后切调光器做LED驱动器设计时,要特别注意最小维持电流IH,一般来说,驱动器提供的维持电流越大,调光器兼容性就会越好,但相对会降低效率,所以实际设计时,要根据实际需要来平衡兼容性和效率之间的关系。

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