TRIAC调光LED驱动分析解决方案.pdf

TRIAC 调光 LED 驱动问题分析解决方案 http www fairchildic org 对于 TRIAC 调光 LED 灯泡 目前最大的问题是在于调光器的兼容性 由于传统 TRIAC 调光器是配合数百瓦白炽灯使用的 而 LED 灯泡通常小于 20W 所以调 光器的维持电流在应用于 LED 灯泡时可能不足 这时 TRAIC 调光器将关断 导致 LED 灯闪 烁 先复习下可控硅 可控硅是可看作 1 个 PNP 和 1 个 NPN 复合在一起的 当栅极施加电压使 BG2 导通 产生基极电流 Ib2 放大后输入到 BG1 的基极做 BG2 输入 再放大做 BG2 的基极输入电流 可见这是个正反馈过程 很小的控制电流可使可控硅迅速 饱和 但是当外加电路限制流过可控硅的电流非常小时 BG1 和 BG2 就不能饱和导通 失去正反 馈效应 小到一定程度时可使可控硅关断 这个电流就叫维持电流 可控硅从截止到导通的电流叫擎柱电流 这个电流一般是维持电流的 2 3 倍 在 照明应用中 通常使用双向可控硅 下图是可控硅用于白炽灯调光简单电路 电位器 POT1 和电阻 R1 R2 与电容 C2 构成移相触发网络 当 C2 的端电压上升到双向触发二极 管 D1 的阻断电压时 D1 击穿 双向可控硅 TRIAC 被触发导通 灯泡点亮 调节 POT1 可 改变 C2 的充电时间常数 TRAIC 的电压导通角随之改变 也就改变了流过灯泡的电流 结果使得白炽灯的亮度随着 POT1 的调节而变化 POT1 上的联动开关 SW1 在亮度调到最 暗 时可以关断输入电源 实现调光器的开关控制 图 1 是 TRAIC 调光器接入灯的电路简图 图 2 是调光器正常工作时通过调光器后的电压 图 3 是维持电流不足时调光器后的电压 添加一个如下图所示的无源泄放电路是保持一定的维持电流最简单的办法 如果 Cb 较小 可能使流过 TRIAC 调光器的电流很小 从而导致调光器关断 引起闪烁 但是过大的 Cb 将导致 PF 变低 Rd 中消耗的功率变大 Rb 的选取也很关键 太大或太小的 Rb 都可能导致调光器关闭 过大的 Rb 限制了促发瞬间流过可控硅的电流 如果小于擎柱电流则出现闪烁 Rb 太小时 不能阻尼线路输入电感和 Cb 之间的谐振 电流穿越零值 出现闪烁 下图是 Rb 太小时电流的波形 下图的波形显示 Rb 太大或者太小出现调光器关断 如果调光角太小 可以增加 DIM 脚分压电阻的阻值以提高 DIM 脚电压从而保证最 小负载电流 此时通常每个周期的 fire time 不固定 通过调整阻尼和泄放电路通常无明显效果 这时也可使用有源泄放电路 如果是每次刚刚导通可控硅后调光器马上就关断 这通常意味着每半周期调光器会重复导通 关断的过程 这种关断可能是由擎柱电流不足造成 此时通过加大阻尼和泄放电容可避免调光器关断的现 象发生 对应的电压波形如下图 如果是可控硅导通后 经过一段时间的延时 可控硅关断 这种现象就是维持电流不足造成 解决方法在 10 楼给出 另外一个解决办法是采用有源泄放电路 下图是维持电流不足导致可控硅关断的实例波形 相对于无源泄放电路 有源泄放电路可以覆盖更宽范围的 TRIAC 导通 能调节输入电流保 持 TRIAC 的维持电流 同时降低泄放电路的功耗 如下图 在上图的有源泄放电路中 当 Rsense 电压低于 Qreg 的 Vref 时 Qbleed 的 Vgs 增加 Ib 升高 保持电流为 I hold Vref Rsense 在选择 I hold 时 需要在调光兼容性和系统效率之间做出权衡 如果此值设置较高 则调光兼容性好 但也意味着泄放电路功耗更大 在调光器触发时 有必要采用与输入滤波电容串联的阻尼电阻 如果无阻尼 触发时较大的 电流尖峰将引起电源电流震荡 调光器误触发 电阻阻尼能抑制尖峰 但功耗也比较大 为此 Fairchild 发明了一种新的有源阻尼电路并申请了专利 工作原理就是使可控硅触发后电流尽量从 MOS 流过 减小阻尼电路功耗 大家可 以讨论下阻尼电阻 MOS 二极管和延时电路 Dd Cd 参数的选定 在选择 Rad 的时候 应当校验电压和电流尖峰 以免破坏 MOS 和调光器 如果此电阻太小 震荡电流会使调光器电流下降 出现误触发导致闪烁 同时太小 的 Rad 会造成过大的峰值电流尖峰 可能破坏调光器 过大的阻值显然会大幅降低电源效率 所以电阻选符合要求的最小值 二极管 有源阻尼二极管对 Cd 放电 用来复位 Vgate 额定正向电流 1A 的二极管足够用 来对 Cd 放电 在选反向电压时 应该首先在 90 度调光角和最高输入电源电压时检验最大 Vad 延时电路 Rd 和 Cd 在 Qad 开通之前产生一个足够多的延时时间 尖峰电流最坏 的情况是 90 度调光角 选择这些参数时 首先在调光角 90 度时 对尖峰电流震荡进行检验 以确定阻尼 尖峰的电流需多长时间 然后 调节 Rd 和 Cd 保证足够的阻尼时间 建议 Cd 取几 百 nF Rd 取几十千欧 MOSFET 的选择 选好 Rad 之后 可以在 90 度调光角和最高输入电源电压时检测最大的 Vad 然 后 选择击穿电压裕量合适的 Qad 对 8W LED 灯泡选择 1 2A 的额定电流 电 流裕量充足 具有较低阀值电压的逻辑电平 MOSFET 能够额外的降低损耗 原因是 Vad 已被调节成 Qad 的阀值电 压 。