飛兆半導體特稿
2023年4月
電路的高效調光方法一種適用於大範圍高亮度led電路的高效調光方法
作者：alexander craig
引言高亮度led是傳統白熾燈的一種理想替代方案，因為前者的壽命和效率都比後者高得多，而且不同於緊湊型螢光燈泡，這些led能夠在低溫下工作。然而，和冷陰極螢光燈(ccfl)燈泡一樣，高亮度led也未能擺脫眾多家庭和應用中常見的三端雙向可控矽(triac)調光器。本文將介紹一種具成本優勢的高亮度led(hb led)調光方法。
設計挑戰
基本triac調光器開關廣泛運用於家裝店和大多數家庭，要了解有關採用這種調光器開關的設計挑戰，我們必須對triac電路的基本工作原理以及高亮度led電路的基本設計原理進行深入的研究。
高亮度led一般由恒流電源驅動，因為隨著led逐漸變熱，其電壓降將減小；而且，若led串由恆壓電源供電的話，電源往往會持續提供過多的電流，使輸出電壓增大，直到電源達到電流限值或led失效。
基本的led調光方法
高亮度led有兩種基本調光方法。第一種是pwm調光方法，即在大於200hz的某些頻率下以0% 到 100%的不同的導通時間百分比(占空比)導通和關斷led。在導通期間led滿電流工作，而在關斷期間led上沒有電流流過。
這就保證了色彩的一致性。
另一種方法是控制流經led串的電流量。這可能導致led串的電壓下降，並造成輕微的色差。不過，如果觀察調光器開啟情況下工作的白熾燈，也會看到明顯的色彩變化。
：調光器的工作原理：
triac調光器的工作原理
大多數調光器內都有乙個簡單的triac電路，其核心如圖1所示。我們討論的重點是triac的兩個屬性。即一旦柵極被觸發就允許電流流過，以及若有足
夠電流流過，triac就保持導通。要設計正確的調光電路，必須了解這兩個電流，觸發電流和保持電流。以調光器開關中常採用的3a 800v triac器件
fkpf3n80為例，該器件的觸發電流為20ma，保持電流為30ma。當柵極電流接近20ma時，該triac導通，當流經電流至少為30ma時，triac保持導通狀態。
當使用者旋開調光器旋鈕時，他其實是在改變電阻分壓器。分壓器在ac週期內設定不同的觸發電流點，從而設定triac的觸發點。通過選擇triac的設定點，使用者實際上選擇了負載供電所需的ac電壓的占空比，而這個占空比是led 驅動器調節led亮度所需的資訊。
120hz訊號經乙個電阻／電容濾波器處理為代表ac電壓占空比的電壓，並經由triac調光器提供給電源。可通過多種方法利用這個電壓來控制led電流。在圖示電路中，利用兩個電阻把雙極結型電晶體(bipolar junction transistor, bjt)偏置到所需的最大負載電流，並假設光耦合器完全導通 (占空比 =100%)，濾波器電容被充電到最大電勢能量。
鑑於 v cc 一般都很低，小於~24v，所以電容的尺寸很小，即使其數值往往相當大，足以作為120hz濾波器。
在上述實現調光器和led電流調節器的方法中，最好是有乙個恆壓電路。這樣一來，就可以利用簡單的bjt來調節電流。設計人員需要把bjt完全偏置到led串允許的最大電流，並在該電流下把輸出電壓設定到冷led溫度所需的值，從而讓bjt能夠以100%的占空比控制電流。
注意v ce低至~0.2v，電流最大值一般在350ma 到 1.35a間。
因此，對於1.35a負載電流的設計，功耗為v ce(sat) * ic ~ 0.27w。
隨著占空比下降，bjt開始限制電流，其v ce將上公升，故在50%占空比飽和的情況下，led電流將為最大設計點的一半。因此功耗為v ce * ic，並很容易設計為足夠低的範圍，以便於管理。
這種方案的另乙個關鍵部分是作為恆壓電源工作的 ac-dc 電源。這通常會消耗大量電流，使調光器開關中的 triac 一旦觸發即閂鎖 (latch)。
由於我們有代表ac輸入 (rc濾波器輸出的) 占空比的電壓，故我們能夠利用這一資訊來控制由其它電路驅動的 led的亮度。要在電路中採用逐脈衝 (pulse-by-pulse) 電流限制或pwm電流限制技術，基本ac-dc電路必須是恆流電路，如圖3所示。我們因此只需要把電路中的代表占空比的電壓載入到比較器上，便可以額外增加乙個占空比電壓。
例如，在圖3所示的電路中，我們可以讓i 。
圖3小結
許多高亮度led驅動器電路都帶有乙個可作為led調光之用的比較器。其中有些電流輸出很小，並可讀取引腳上的電壓，用以控制初級端開關或低頻占空比。在任何一種情況之下，關鍵都在於把ac占空比轉換為可用值。
光耦合電路可以很好地做到這一點，並提供隔離，故可以在初級端或次級端電路的任何地方使用這些資料。－完－
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