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引言

基于PWM的可控硅非线性调光LED驱动电路

  近年来,高亮度LED照明以高光效、长寿命(lifetime)、高可靠性和无污染等优点正在逐步(step by step)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(尽可能地减少能源消耗量)和提供舒适的照明。常见的调光有双向可控硅(silicon)调光、后沿调光、ON/OFF调光、遥控调光等。可控硅(silicon)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(Cost)较低,各品牌可控硅调光器的性能和规格(specifications)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。
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双向可控硅TRIAC调光原理(基本的规律)
  市面上大多数可控硅调光器基本结构如当交流电压加双向可控硅TRIAC两端时,由于R
  T、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(双向触发晶体二极管,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(conducting),TRIAC可靠导通(conducting),此时TRIAC两端的电压瞬间(一眨眼的工夫,转瞬之间)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(Electron flow)大于其维持电流(Electron flow)则继续导通,如果低于其维持电流(Electron flow)将会截止。电感L和电容C的作用是减小电流(Electron flow)和电压的变化率,以抑制电磁(electromagnetism)干扰EMI问题。
  可控硅前沿调光器若直接用于控制(control)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(control)。原因归结如下:
  
1)
可控硅的维持电流(Electron flow)问题。目前市面上的可控硅调光器功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)等级不同,维持电流(Electron flow)一般是7~75mA(驱动电流(Electron flow)则是7~100mA),导通后流过可控硅的电流(Electron flow)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(DC)的阻抗都发生变化,且驱动电路(DC)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(Electron flow)问题。由于可控硅前沿斩波使得输入电压可能(maybe)一直处于峰值(peak)附近,输入滤波电容将承受大的冲击电流(Electron flow),同时还可能(maybe)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(限制电流大小)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(又称微电路)供电Vcc不够,电路停止工作,使LED产生闪烁。
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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(satiate),光线较大的变化却不易被察觉路灯厂家款式多样,品质保证,是一家专业生产路灯杆厂家led太阳能路灯工程设计案例太阳能路灯已经通过ISO9001质量体系认证,质量可靠,运行稳定。并提出了利用单片机(Microcontrollers)编程来实现调光信号(光线)和调光输出(to output)的非线性关系(如指数(指数在数学中代表着次方)、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。
  式中k为增益,VC为RC充放电电路的输入电压,τ为RC的时间系数,θ为可控硅的导通角。
  则在最小导通角对应的输出(to output)为零,即电路输出的最大值对应电流参考的最大值:
  从式
1)
和式
2)可得输出电流表达式如式
3)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
  式中Vp为输入电压峰值(peak),Rin为等效输入阻抗led太阳能路灯工程设计案例太阳能路灯已经通过ISO9001质量体系认证,质量可靠,运行稳定。
  假设电路的变换效率(efficiency)为η,且电路的输出功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)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