[发明专利]相控调光的LED驱动器及其驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电源控制方法及装置，具体来说是一种用于相控调光的LED驱动器及其驱动方法。

背景技术

传统的调光手段是用基于双向可控硅的相控调光器(TRIAC Dimmer)对白炽灯进行亮度调节，通过改变交流正弦波导通角来改变通过加到灯的电压的有效值，改变白炽灯电流，操作简单、灵活、使用方便，寿命长。然而可控硅调光装置会给电网带来高次谐波污染，影响其他设备的正常使用。

LED是新型节能照明设备，产生相同光亮所需电能远比白炽灯小，与节能灯和白炽灯相比具有体积小，不易损坏等优点。LED的亮度与流过的电流直接相关，在照明应用中，都需要一个驱动器将市电转换成恒定电流输出或者恒定电压输出用来驱动LED。由于LED与白炽灯特性存在本质差别，如果将LED灯具(包括相关的驱动器)直接取代白炽灯，在相控调光场合，如果不做专门设计，会导致LED灯具不能正常工作或者出现以下问题：LED灯的闪烁，旋转可控硅调光器旋钮时LED亮度不能做到全调光范围线性变化，甚至不能调光；此外当电网电压变化时对LED的亮度也会产生影响。

由于相控调光器中的双向可控硅的导通需要一个维持电流，为此，很多LED驱动器(驱动电源)中增加了一个固定负载，也称死负载(dummy load)或bleeder电阻，如图1所示。在其导通期间维持其最小导通电流，保证能准确检测出相角信号，进行调光控制，但这样也会增加比较大的损耗，导致LED驱动电路的效率降低，如美国国家半导体公司的LM3445方案。

出于安全的考虑，很多的LED灯具均要求LED驱动器具备隔离功能，即实现输出与电网输入的电气隔离。因此，当前的LED驱动电源多采用光耦对输出采样进行反馈控制。图2所示为现有隔离式适合TRIAC调光器的LED驱动器。其采用反激拓扑，交流输入信号AC经相控调光器后采用电容整流滤波(也可以采用图1所示的无源PFC电路)。其相角检测同样需要死负载，而且由于输入输出隔离，使得需要通过隔离将采样的输出电流与相角信号相叠加。并且反馈一般采用光耦来隔离，而光耦有老化问题，影响电路的稳定性，同时弱化了电气隔离的强度。

另一类现有隔离式适合TRIAC调光器的LED驱动器如图3所示，也称单级PFC方案。交流输入信号AC经过相控调光器后仅采用容值很小的滤波电容C_in进行滤波，使得滤波电容两端电压与交流输入信号AC基本保持一致，主要用于高频滤波。通过功率因素校正(PFC)控制技术，使得在相控调光器导通期间输入电流与输入电压同相且幅值成比例。这种LED驱动器利用输出负载作为调光器的负载，从而省去用于相角检测的死负载。其中PFC控制可以采用恒定导通时间控制(constant on)或者乘法器，将输入的波形信号与反馈环节的误差信号相乘，控制输入电流的波形，实现PFC功能，这些技术均是本领域技术人员所了解的常识，为叙述简明，这里不再详述。但是该LED驱动器在反馈环节，需要检测输出电流得到误差信号，存在反馈环节的隔离问题。

在现有的PFC控制中，还有一种输入电压前馈，用于限制输入的最大功率，如芯片UC3854提及的技术方案，如图4所示。一方面，交流输入信号经过整流后得到整流半波V_in，如图5所示。其中sin(x)表示交流输入信号，|sin(x)|表示整流后的整流半波。该整流半波经过电压前馈模块后得到交流输入电压的有效值，即输入电压前馈信号V_ff；同时，其经过波形整形模块K₁后得到波形信号I_ac。其中，波形信号I_ac＝k×V_in，k为一系数。另一方面，输出信号Vo经过模块K_fb和电压反馈模块，得到输出反馈信号V_ea。乘法器Multiplier对所述波形信号I_ac、输入电压前馈信号V_ff和输出反馈信号V_ea进行乘法运算，得到电流基准信号