C8051F3xx全數(shù)字PFC可控硅調(diào)光驅(qū)動高亮LED的解決方案

1、1、 引言 歐盟、美國、加拿大及我國臺灣地區(qū)等多個國家和地區(qū)己經(jīng)發(fā)布了禁用白熾燈的政策和明間表，到2012年幾乎所有發(fā)達國家都將禁售白熾燈。高亮LED作為新型高效固體光源，具有壽命長、能效高、可靠性高、色彩豐富、微型化、體積小、重量輕、電壓低、電流小、亮度高和發(fā)光響應速度快等優(yōu)點，它將逐步替代熒光燈、白熾燈，成為21世紀最具發(fā)展前景的節(jié)能、環(huán)保型照明產(chǎn)品，它將引發(fā)第三次照明革命。在詳細分析了市場后，我們世強電訊在此推出基于C8051F3xx全數(shù)字PFC可控硅調(diào)光驅(qū)動高亮LED的解決方案。 2、 高亮LED的基本特性 高亮LED的基本特性分別如圖1和圖2所示。從圖1高亮LED電壓-電流曲線圖分析

2、可以得出：高亮LED在電壓小于2.5V的時候是不導通的的；而當電壓大于2.5V時，電流隨電壓的升高呈指數(shù)級上升，說明高亮LED是一種電壓敏感型的元器件。從圖2高亮LED電流-亮度曲線圖分析可以得出：電流與亮度的關(guān)系基本上是屬于線性關(guān)系。因此，要做到無級調(diào)光，就必須很好地控制電流的線性度。 圖1 高亮LED電壓-電流曲線圖 圖2 高亮LED電流-亮度曲線圖3、 PFC原理與LED驅(qū)動技術(shù) 3.1 PFC原理 PFC表示功率因數(shù)校正（Power Factor Correction），它的工作原理如下：主電路的輸出電流（或電壓）和基準電流（或電壓）比較后，輸入給電流（或電壓）誤差放大器CA1，整流電

3、壓檢測值和VA的基本電流（或電壓）信號共同加到乘法器M的輸入端，乘法器M的輸出則作為電流反饋控制的基準信號，與開關(guān)電流檢測值比較后，經(jīng)過電流誤差放大器CA2加到PWM及驅(qū)動器，以控制開關(guān)的通斷，從而使輸入電流的波形與整流電壓的波形基本一致，使電流諧波大為減少，提高了輸入端功率因數(shù)。 常用的控制AC-DC開關(guān)變換器實現(xiàn)PFC的方法基本上有三種：即電流峰值控制，電流滯環(huán)控制，以及平均電流控制。表1為常用的三種PFC控制方法。 表1 常用的三種PFC控制方法 由于目前市場上大多數(shù)的LED都是需要直流電源進行驅(qū)動，因此必須有一個很好的驅(qū)動電源，才能發(fā)揮出LED的良好的特性。LED驅(qū)動方式有恒流式和恒壓

4、式，這兩種方法有其各自的優(yōu)缺點：（1）、恒流驅(qū)動輸出的電流是恒定的，易保證LED亮度的均勻性，但是輸出的直流電壓卻隨著負載大小不同在一定范圍內(nèi)變化，而恒壓驅(qū)動輸出的電流卻隨著負載的增減而變化，其不易保證LED亮度均勻性；（2）、恒流驅(qū)動由于其有最大承受電流及電壓值，所以需要限制LED的使用個數(shù)，而恒壓驅(qū)動時為了使每串穩(wěn)壓電路驅(qū)動LED顯示亮度均勻，需要加上合適的電阻才可以；（3）、恒流不怕負載短路卻嚴禁負載完全開路，而恒壓不怕負載開路卻嚴禁負載完全短路；（4）、恒流驅(qū)動LED是很理想的，但是價格比較高。對這兩種方法比較后，在本方案中我們是使用恒流方式驅(qū)動LED的。 4、 常用調(diào)光方法、可控硅特

5、性及其調(diào)光難點 4.1 常用調(diào)光方法 目前市場上常用的調(diào)光方法有： 、脈沖寬度調(diào)制PWM調(diào)光方法：這種調(diào)光控制法是利用調(diào)節(jié)高頻逆變器中功率開關(guān)的脈沖占空比，從而實現(xiàn)燈輸出功率的調(diào)節(jié)。 、改變半橋逆變器供電電壓調(diào)光法；通過改變半橋逆變器的供電電壓，從而改變輸出功率達到調(diào)光的效果。 、脈沖調(diào)頻調(diào)光法：如果高頻交流電子鎮(zhèn)流器的開關(guān)工作頻率增加，則鎮(zhèn)流電感的阻抗增加，這樣流過鎮(zhèn)流電感的電流就會下降，導致流過燈負載的電流下降，從而實現(xiàn)調(diào)光； 、脈沖調(diào)相調(diào)光法：利用調(diào)節(jié)半橋逆變器中兩個功率開關(guān)管的導通相位的方法來調(diào)節(jié)輸出功率，從而達到調(diào)光的目的。 、可控硅相控調(diào)光法：由于可控硅相控（斬波法）調(diào)光具有體積小

6、，設(shè)備質(zhì)量輕，價格合理和調(diào)光功率控制范圍的優(yōu)點，所以可控硅相控調(diào)光法是目前使用最為廣泛的調(diào)光方法。應用可控硅相控工作原理，通過控制可控硅的導通角，將電網(wǎng)輸入的正弦波電壓斬掉一部分，以降低輸出電壓的平均值，達到控制燈電路供電電壓，從而實現(xiàn)調(diào)光?？煽毓柘嗫卣{(diào)光對照明系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)速度快，調(diào)光精度高，調(diào)光參數(shù)可以分時段實時調(diào)整，因此在本方案中我們使用可控硅進行調(diào)光，可以精確地控制輸出功率。 4.2 可控硅原理及特性 可控硅的原理及特性：標準的雙向可控硅既可被柵極的正向電流觸發(fā)，也能被柵極的反向電流觸發(fā)，它可以在四個象限內(nèi)導通。當柵極電壓達到門限值且柵電流達到門限值時，可控硅被觸發(fā)導通。當觸發(fā)電流的脈寬較窄時，則應提高觸發(fā)電平。當負載電流超過可控硅的閂電流時，即使此時的柵電流減為零，可控硅仍能維持導通狀態(tài)。在負載電流為零時，最好用反相的直流或單極性脈沖的（柵極）電流觸發(fā)。 可控硅相控斬波原理如圖3所示：在正弦波交流過零后的某一相位，在可控硅的柵極上加一正觸發(fā)脈沖，使可控硅觸發(fā)導能，根據(jù)可控硅的開關(guān)特性，這一導通將維持到正弦波的正半周結(jié)束。所以在正弦波的正半周中，范圍內(nèi)可控硅不導通，這一范圍叫做可控硅的控制角；而在的相位區(qū)間可控硅導通，這一范圍為可控硅的導通角，常用表示。同樣，在正