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LED智能照明的電源控制系統設計

時間:2019-02-20 09:24:44來源:網絡 作者:admin 點擊:
智能照明是智能家居的關鍵之一。無線電和網絡控制可用于通過用戶的直接控制,使用專用遙控器或在智能手機應用程序的幫助下或根據一天中的時間自動改變照明水平。然而,用于

智能照明是智能家居的關鍵之一。無線電和網絡控制可用于通過用戶的直接控制,使用專用遙控器或在智能手機應用程序的幫助下或根據一天中的時間自動改變照明水平。然而,用于照明的LED功率控制需要特別考慮。為傳統調光控制而開發的電路不能很好地滿足固態照明的要求。

安裝在家中的大多數調光器都是基于相切電路。這種類型電路的優點是設計非常簡單并且堅固耐用。該電路通過在交流周期的一部分中簡單地切斷燈泡的電源來工作,從而降低了提供給燈絲的總電壓。這反過來又降低了燈絲的光輸出。由于燈絲加熱和冷卻所需的時間相對較長,因此除非可能在調光器的最低設置下,否則這種切換對用戶來說并不明顯。

然而,對于LED,它具有更短的響應時間,主電源的低開關頻率意味著試圖使用類似的策略來控制光輸出將導致顯著的閃爍。因此,LED需要專門的電源電路,可以提供更穩定的電壓和電流輸出,以提供最大限度減少閃爍的功率,同時不會影響效率。

盡管可以通過改變LED來控制LED的亮度。提供給它們的電流導致在較低電流水平下功率效率下降。功率LED在最高額定電流下提供最佳效率。因此,使用脈沖寬度調制(PWM)技術仍然可以最好地獲得調光行為,在比傳統的基于電源的調光器電路所支持的頻率更高的頻率下打開和關閉LED。

在PWM-基于功率轉換器,反饋到控制器的參考信號用于確定向負載供電的晶體管是應該接通還是斷開。將參考與斜坡發生器產生的周期信號進行比較。當參考信號高于斜坡時,晶體管導通。當參考信號低于斜坡時,晶體管關閉。因此,所傳遞的積分電流遵循參考信號的分布。可以使用各種技術來控制參考信號并因此操縱功率輸出。對于智能家居使用,電源轉換器可以集成額外的輸入,根據首選的調光水平調整參考信號。

LED的電源轉換器也可以設計用于處理不同的電源類型。例如,一個簡單的改裝燈泡,包括LED鎮流器,調光控制和智能家庭網絡的RF接口,通常可以使用50 Hz/60 Hz電源。但是,設計用于低壓帶和總線的燈泡電源轉換器需要能夠處理直流電源輸入。

浪涌電流是LED照明設計中的一個重要考慮因素。 LED的電源向主電源提供容性負載,這導致當LED作為電容器周圍的電容器接通時短時間內吸收大電流的可能性。因為該電流可能遠高于穩態電流,所以當連接到一個電源電路的大量燈被激活時,它可能導致過載問題。限制啟動時的浪涌電流提供了一種與家用電路具有更好兼容性的設計。

功率因數校正(PFC)是電源兼容性方面的進一步考慮因素。不應允許高效LED調光所需的開關模式技術將額外的諧波驅動到電源上。

對PFC的高效供電和支持的需求導致了Fairchild FL7701等部件的推出。飛兆半導體FL7701設計用于交流和直流電源,使用從高壓電源傳輸到其低壓VCC引腳的紋波電壓作為檢測手段。 VCC軌道上的紋波使用sigma-delta調制方案來為PWM開關電路提供參考信號。當施加直流輸入時,VCC軌上沒有紋波會產生適合于沒有PFC的直流模式功率轉換的參考信號。

LED智能照明的電源控制系統設計

圖1:FL7701的框圖。

為了支持遠程控制,FL7701具有一個模擬輸入引腳,通過使用電阻分壓器可以支持0 V至10 V的調光控制。該信號被饋入數字控制器并用于確定數字 - 模擬轉換器的輸出,該轉換器向PWM控制電路提供參考信號。微控制器可用于產生到LED鎮流器的輸入信號,可能從RF接口接收其命令。

LED智能照明的電源控制系統設計

圖2:典型應用中的FL7701。

FL7701采用軟啟動功能來限制浪涌電流,對PWM電路使用的內部參考電壓信號施加延遲,使其從初始啟動開始緩慢上升。恩智浦的SSL4101T Greenchip III +提供了類似的軟啟動功能。在此器件上,軟啟動周期是通過選擇外部電阻和電容來確定的。

能夠使用傳統的三端雙向可控硅調光技術,因此支持需要處理混合光源的系統, SSL4101T旨在提供所有功率級別的高效率;使用各種PWM控制技術,以適應轉換到所需的輸出光級。該器件從高功率水平的準諧振工作轉變為準諧振工作,谷值跳躍到低功率輸出電平的降頻工作,減少了提供給LED的電流,避免產生鎮流器變壓器的可聽噪聲。

LED智能照明的電源控制系統設計

圖3:SSL4101的框圖。

在準諧振模式下,下一個轉換器行程在變壓器去磁后啟動應作為SSL4101T前端電路的一部分提供。這有助于最大限度地減少損耗,因為轉換器僅在外部MOSFET兩端的電壓達到最小值時才會導通。為了降低在較低負載下的操作頻率,準諧振操作變為具有谷值跳躍的不連續模式操作,其中開關頻率由于EMI原因而受限制,通常為大約125kHz。同樣,只有當MOSFET兩端的電壓達到最小值時,外部MOSFET才會導通。w w w . d z i u u . c o m

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