LED照明的漣波抑制電路-通嘉科技

1、LED 照明的漣波抑制電路 日期： 2015-12-18作者 : 黃福源LED 照明應(yīng)用已日漸在普及中 ，一般會(huì)注意到的問題為L(zhǎng)ED 燈的能耗、色溫、演色性、等等。除了這些之外，隨著消費(fèi)者對(duì) LED 的逐漸認(rèn)識(shí)，了解到不同的 LED 燈具會(huì)有不同的照明品質(zhì)且不好的照明品質(zhì)，可能會(huì)對(duì)身體及心理造成某些影響。其中，最顯而易見的問題是頻閃，所謂頻閃（ flicker ）是指光的亮度隨著時(shí)間有明暗變化的現(xiàn)象。明暗變化的頻率在60Hz 頻率以下時(shí)，人的眼睛都可以很輕易的覺察到光源的閃爍。而頻率在高於60Hz 以上時(shí)，雖然人的眼睛無法輕易察覺，但是對(duì)於敏感的視覺時(shí)經(jīng)系統(tǒng)而言，容易因?yàn)橥饨缌炼鹊淖兓?，需要?/p>

2、直去調(diào)節(jié)瞳孔的大小，導(dǎo)致眼睛容易有疲勞或不適。所以頻閃是一種我們?cè)谌粘５恼彰髦胁幌Ｍl(fā)生的現(xiàn)象。其實(shí)所有的光源，無論是LED 燈、白熾燈、鹵素?zé)?、日光燈，其?shí)都會(huì)有閃爍現(xiàn)象。原因是因?yàn)殡娏涣麟姷碾娫搭l率，通常為50Hz或 60 Hz ，閃爍頻率一般就是電源頻率的兩倍。所以 100Hz120Hz 的頻閃現(xiàn)象，人眼不易察覺，卻又普遍存在我們的日常生或當(dāng)中，已經(jīng)直接或間接對(duì)我們身體造成影響。LED 照明的應(yīng)用很廣，有室外照明、室內(nèi)照明、商用照明、居家照明等等。因?yàn)檎彰鞯膱?chǎng)所不同，就會(huì)需要不同的燈具及規(guī)格，在種類繁多的LED 照明應(yīng)用當(dāng)中，設(shè)計(jì)者需要考慮的因素很多，每一種線路架構(gòu)都有其優(yōu)點(diǎn)及所需的零

3、件成本，除了成本之外，一般設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)考慮的規(guī)格有一、二次測(cè)是否需要隔離、效率要求、功因因素、諧波失真、輸出電流準(zhǔn)確度及輸出電流漣波大小等 。比較常見的 LED 照明線路架構(gòu)有一次側(cè)回授調(diào)節(jié)、二次側(cè)回授調(diào)節(jié)兩種，又區(qū)分是否隔離，且都需要單級(jí)具有高功率因素的特性，不然就需要使用高價(jià)格的兩級(jí)線路架構(gòu)，以目前 LED 照明的市場(chǎng)，除非是大瓦特?cái)?shù)的應(yīng)用，不然一般都以單級(jí)架構(gòu)來達(dá)到高功率因素的需求。圖 (一)及圖 (二 )是分別代表兩種常見的隔離式LED 照明應(yīng)用線路。LF1ACEMILED+InputC1FilterLED-8653214圖(一) 二次側(cè)回授調(diào)節(jié)控制架構(gòu)有較佳的電流精確度LF1ACEMIL

4、ED+InputC1FilterLED-8653214圖 (二) 一次側(cè)回授調(diào)節(jié)控制架構(gòu)省略二次側(cè)所有元件有較佳的零件成本優(yōu)勢(shì)LED 照明在未來幾年間將會(huì)逐漸地取代白熾燈泡、螢光燈炮及燈管，這已經(jīng)是不可避免的趨勢(shì)。目前的 LED 照明驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)大多採(cǎi)用單級(jí)一次側(cè)調(diào)節(jié)架構(gòu)(PSR)來達(dá)到高功率因素及定電流調(diào)節(jié)的功能，是將交流電轉(zhuǎn)換成定電流驅(qū)動(dòng) LED 負(fù)載，而交流電中的低頻漣波會(huì)造成兩倍頻的 LED 低頻漣波，既所謂”頻閃 (flicker) ”，為了抑制低頻漣波傳統(tǒng)應(yīng)用線路上必須使用兩級(jí)架構(gòu)，多加了一級(jí) DC/DC 轉(zhuǎn)換器用以濾除低頻漣波，但是對(duì) LED 照明在推廣成本上無疑是雪上加霜，而一

5、個(gè)簡(jiǎn)單的原理是利用基本晶體飽和區(qū)特性，來抑制LED 低頻電流漣波，不但可以減少系統(tǒng)成本還可以去除頻閃對(duì)人體不良之影響。圖(三 )是一種常見的非隔離式高功因降壓架構(gòu) LED 驅(qū)動(dòng)線路，線路架構(gòu)簡(jiǎn)單，具成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，但是輸出電流有很大的漣波，輸出是 18 顆 LED 串聯(lián)，電壓約 60V ，LED 電流 160mA ，但是 LED 輸出漣波電流240mA ，輸出電流漣波占比高達(dá)148% ，如圖 (四 )VCCCOMPZCDLDXXXXGNDCSGATERsACEMIInputFilterVoutILED圖(三 ) 非隔離式高功因降壓架構(gòu) LED 驅(qū)動(dòng)線路VLED ILED240mA/162mA=1

6、48%圖 (四 ) LED 輸出電壓跟電流漣波波形圖 (五)兩級(jí)線路架構(gòu) : 高功因返馳式加上切換式降壓降架構(gòu)漣波抑制線路的原理為經(jīng)由一個(gè)RC 濾波線路將交流電中會(huì)造成兩倍頻(100Hz or 120KHz)的 LED 低頻漣波濾除，得到一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓來驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件MOSFET 的閘級(jí) (Gate) ，讓 MOSFET 操作在飽和區(qū)。圖 (六)是一個(gè)簡(jiǎn)單的漣波抑制線路，包括一個(gè)RC 濾波線路，MOSFET 的 Drain 端連接到 LED(-) 端，RC 濾波的輸出電壓提供給閘級(jí)(Gate) ，可以大大的降低前級(jí)定電流控制器所產(chǎn)生的漣波電流，而不需使用成本較高的直流降壓轉(zhuǎn)換器。圖(六 )

7、漣波抑制線路和MOS 輸出特性曲線LED 的低頻閃爍會(huì)造成視覺疲勞影響視力，然而這種影響往往是緩慢的，因此長(zhǎng)期以來沒有引起人們的重視，隨著LED 照明市佔(zhàn)率不斷升高，市場(chǎng)對(duì)於LED 照明規(guī)格也愈趨嚴(yán)格，目前雖然 LED 照明並未完整定義出頻閃規(guī)格，但頻閃現(xiàn)象已越來越受重視，一個(gè)簡(jiǎn)易型漣波抑制電路可以解決頻閃現(xiàn)象，對(duì)於系統(tǒng)廠應(yīng)用也是一大優(yōu)點(diǎn)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)， LED 輸出電壓約 51V ，LED 輸出電流 360mA ，去調(diào)節(jié)輸出電容容值的大小，來調(diào)節(jié) LED 輸出電流漣波的大小，觀察在相機(jī)模式下頻閃的現(xiàn)象，如圖(七)輸出無外加漣波抑制線路 ,LED ripple current 58%相機(jī)模式下

8、 ,有明顯頻閃輸出無外加漣波抑制線路,LED ripple current 30%相機(jī)模式下 ,有明顯頻閃輸出無外加漣波抑制線路 ,LED ripple current 20%相機(jī)模式下 ,有輕微頻閃輸出外加漣波抑制線路 ,LED ripple current 5%相機(jī)模式下 ,沒有頻閃圖(七) LED 輸出電流漣波跟頻閃的關(guān)係通嘉科技 (Leadtrend Tech. Corp.) 推出一款可以消除和抑制 LED 照明因?yàn)閱渭?jí)高功因轉(zhuǎn)換器架構(gòu)下所產(chǎn)生 100Hz120Hz 漣波之控制 IC LD6801 ，其適用於替代傳統(tǒng)燈具下所有可能產(chǎn)生 100Hz120Hz 頻閃的現(xiàn)象，常見需求於取代傳

9、統(tǒng)螢光燈的產(chǎn)品。 LD6801 也具有調(diào)整系統(tǒng)低頻漣波及各項(xiàng)特性上設(shè)定，產(chǎn)品運(yùn)用整體規(guī)格表現(xiàn)較傳統(tǒng)或一般照明產(chǎn)品具有優(yōu)勢(shì)。LD6801 主要原理是利用 MOSFET 操作在線性區(qū)及飽和區(qū)的工作性質(zhì)來使汲極產(chǎn)生跟前級(jí)相同的定電流源所輸出電壓漣波對(duì)應(yīng)準(zhǔn)位，藉由減少LED 燈板端電壓的低頻漣波使輸出於燈板上的電流漣波也相對(duì)減少，而此原理較適用驅(qū)動(dòng)器為定電流輸出裝置，而對(duì)於諧波失真主要依據(jù)前級(jí) PWM 方案而定，須符合終端產(chǎn)品運(yùn)用的IEC61000-3-2規(guī)範(fàn)要求。LD6801 是一個(gè)極簡(jiǎn)約將 100Hz120Hz 電流紋波消除和抑制的控制器，能消除和抑制各種 LED 紋波，並可搭配 PWM LED

10、恒流驅(qū)動(dòng) IC，不論是非隔離式還是隔離式，都能將紋波消除及抑制，改善後的紋波電流約可以小於5%，所以可以增加光效 ，提升照明品質(zhì) 。雖然 LD6801操作原理會(huì)使得電源效率平均下降約2% 左右，但對(duì)於光效率也會(huì)因漣波改善程度增加約2%左右。對(duì)於頻閃及能效相關(guān)要求已在國(guó)際照明協(xié)定組織相繼提出參考文獻(xiàn)。所以LD6801 提供一致的電流源給用戶，並且輸出電流可調(diào)節(jié)高達(dá)1500mA ，為用戶提供了靈活地控制LED的發(fā)光強(qiáng)度。 LD6801 擁有可調(diào)整燈源端輸出異常下的保護(hù)功能，例如：開路保護(hù)、短路保護(hù)及過溫度等相關(guān)系統(tǒng)保護(hù)，當(dāng)系統(tǒng)異常狀態(tài)解除後，將可恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)作，讓系統(tǒng)在使用上更加安全及穩(wěn)定。ACEM

11、ILED+InputFilter86VCCGATEHVCSROVPLED-RcC(Option)OVPOUTOCP 26VCCSOT-26516V/1uF2.2uFREFGND3RFLD78312COMPRS漣波抑制電路1 ZCDGND4高功因 PSR 返馳式定電流架構(gòu)圖(八) 隔離式單級(jí)高功因一次側(cè)調(diào)節(jié)架構(gòu)(PSR)+ 漣波之控制 IC LD6801VCCCOMPZCDRUPLD7835RDOWNGNDCSRF (Option)GATE漣波抑制電路RsACEMILED+InputFilterROVPLED-OVPOUT6VCCOCP 2SOT-2616V/1uF2.2uF高功因降壓定電流架構(gòu)REFGND圖(九) 非隔離式高功因降壓架構(gòu) LED 驅(qū)動(dòng)線路 + 漣波之控制 IC L