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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、0N/0FF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，装置成木较低，笞品牌可 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EMT问题图1常见的可控硅调光器可控硅前沿调光器若直接用于控制普通的LED驭动器，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7〜75n)A (驱动电流则是7〜100mA),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，在容性阻抗，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) 来控制流过维持也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 o图2可控硅调光LED驱动电路框图根据图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:砧=5・（1一 r ）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,e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输出电流在不同RC最大值:从式（1）和式（2）可得输出电流表达式如式（3）所示,时间系数下随可控硅导通竹之间的关系如图3a）所示。

Io = k-Vc-(-e_ JI项-r-+e""T~)在斩波角为时，电路对应的输入功率为:1 rnp. =— •in Jl J n-e(IpSin^t)2 d(s)(4)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=IO・UO,则可得到电路的等效输入阻抗如式（5）所示从式（5）可得电路的功率因数如式（6）所示，功率因数随可控硅的导通角 的关系如图3b）所示「 d（S）1 RsinS 9J1 in22 r/ . sin 2 [（兀-〃）+——]3实验及结果根据以上分析，木文设计一台基于反激变换器的可控硅调光LED驱动器， 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 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20108 12 16 20 24 28 32 36 40 44a）阻抗匹配开关驱动电压波形b）输入电流波形C）输入电压波形d）输出电流曲线〃（e）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Tin、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4 d）为可控徒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）为可控徒在不同导通角下对应电路 的cos（I）曲线4结语木文分析了现有可控硅调光器用于LED驱动时存在的问题，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0-100%平稳无闪烁调光。