浅谈数字电源技术推动LED照明发展

200W- 600W。LED 驱动电源的特性正好相反--小功率，容性负载。为了能够兼容这些调光器，LED驱动电源必须提供阻性或者是类阻性的负载才能使调光器稳定工作。利用功率电阻直接提供阻性负载是一种传统的解决方案。这种方式的调光效果好，但是其主要问题是效率低。这与LED灯高效率的优势背道而驰。另外一种常见的方案是利用功率因数整流技术，使输入电流跟随输入电压变化，因而提供类阻性负载。这种方案往往适用于高功率LED驱动应用上。对于普及的小功率家用和商用LED驱动，其问题是输入阻抗往往过高，特别是调光器和驱动部分EMI 抑制元件的相互作用往往使得其无法保证有足够大的输入电流去维持可控硅的稳定工作。如果调光信号处理不好就会造成LED 闪烁。

数字控制技术可以灵活地结合功率因数整流技术和动态阻抗匹配方法。当控制器检测到调光器存在的情况下，根据调光器输出的相位角，控制器提供匹配的阻抗来维持可控硅的导通。在控制相位角判断完成以后，控制器可以利用高阻抗来关断可控硅，同时通过功率因数整流技术来维持输入的波形。图4 所示后切和前切调光器波形。OUTPUT（TR）是Boost 驱动控制。例如当检测到后切波形时，Boost 驱动完全打开，快速地泄放输入端电荷；相反，当前切调关器可控硅关断后，Boost 驱动则缓慢地泄放输入端电荷。在这两种情况下，输入的相位都可以得到完整地恢复。目前市场上很多控制器都要求可控硅导通一个完整的交流周期，对提高调光的效率非常不利。利用数字技术可以大大降低调光的损耗，符合绿色照明的宗旨。

2.2 完美的用户调光体验

用户已经习惯于白炽灯的调光，因此往往期待LED的调光性能接近甚至超过以往的体验。因此调光性能对于广大用户接受LED灯非常重要。调光性能的好坏完全取决于驱动电源的控制。目前市场上的一些可调光的LED灯在很多方面无法满足用户的需要。比如说，如果多个LED灯连接在同一个调关器上，各个灯的亮度会有明显的差别，这是调光的一致性。还有，用户调光时，希望马上看到调光的效果，但是又不希望看到突然的亮度跳跃甚至熄灭，这是调光的动态响应。一些LED 灯的光照度随着输入电压而变化，在一些电网电压波动比较大的地区就会影响用户的使用。更重要的是，如果LED灯不能稳定照明而是不停的闪烁，用户是无法接受的。

很多LED灯利用平均输入电压或者近似均方根输入电压来控制输出电流。如果每个LED灯对输入电压的检测和判断有差别，就会造成输出光照的不一致。如果输入电压降低，检测的平均电压会降低，LED灯输出光照就会减小。而利用数字技术则可以实现对输入信号相位的的检测。由于相位是一个时间量，输入电压的变化对相位的影响有限。因此，如果结合输入电压和相位的检测，可以实现稳定并且一致的输出光照。数字算法还可以检测用户调光的速度来预测可能的调光的位置，使得输出电流快速的跟随用户的指令来变化。这样平衡了调光的动态响应和准确性，防止了调光过慢或者光照的过调。使得用户调光的体验接近传统的白炽灯。

2.3 调光安全性

当用户购买LED灯以后，生产厂商无法完全了解其使用环境。交流输入的频率可以是50Hz或者60Hz；调关器可以是支持的或者是不支持的；电网电压会产生波动，也会产生畸变；等等。诸多因素会影响LED灯的亮度变化甚至安全性。驱动电路的设计必须考虑这些可能发生的环境变化，具备相应的对策。当前的数字控制技术实现了：

自动调光模式识别。控制器可以自动识别前切相式调光器和后切相式调关器，甚至在运行过程中允许前后切调光器的转换。

自动检测不支持的调光器。如果某一种调光器是所生产的LED 灯不能支持的，数字技术可以根据其输出波形，迫使LED 灯进入保护模式，保障了用户的使用安全。

自动防止多次快速启动。由于LED 灯要求启动快，当LED 灯发生故障，或者输入电压畸变严重时，驱动电源有可能反复地重启动，造成驱动电路的过热。数字控制可以很方便的判断路障的存在，防止频繁的重复启动。

3 典型的数字LED控制系统

数字控制LED系统结构

图5是iWatt的iW3610系列数字调光控制系统结构示意图。iW3610控制器采用8个管脚的封装，实现了如下功能：

调光器阻抗匹配

输入功率因数控制

Boost电压的预测和控制

反激式变换器的一次侧恒流控制

调光器的类型检测和调光控制

完整的输入，输出和内部保护

4 调光器识别和控制流程

图6是iWatt的iW3610系列数字控制器的内部结构图。VIN 采样调光器的输出电压波形。调光器信号通过模拟到数字转换进入调光控制和相位检测数字模块。根据前切或者后切相位的百分比，恒流