精品文檔-下載后可編輯原邊控制帶TRIAC調光的LED驅動電源設計-技術方案LED由于其高亮度、節能和長壽命成為第四代照明光源。節能型LED調光是目前應用和研究的熱點之一。目前，LED照明主要的調光方式有：模擬調光、脈寬調制（PWM）調光、可控硅（TRIAC）調光。而可控硅調光由于不需改變原有線路，是目前普遍采用的一種調光方式。

適于TRIAC調光的非隔離LED驅動器，是在電路中加入電容器網絡增加維持電流以保證TRIAC工作在線性周期，從而避免閃爍問題。但是，這種方法僅適用于半橋結構，需要外加電路來檢測TRIAC的調光角。針對帶隔離輸出的TRIAC調光的LED驅動應用提出的適于反激PFC轉換器的前饋控制方案，輸出電流通過輸入功率控制，但輸出電流精度受到限制。由于TRIAC與LED兼容大部分行業的解決辦法效率都低（觸發角檢測和TRIAC維持電流需要虛擬負載），復雜的隔離反饋結構或兩級轉換的高成本，因此，對于簡單高性能且適用于TRIAC調光的LED驅動器仍有必要。

本文設計原邊控制的單級反激變換器，適于TRIAC調光且與LED驅動器兼容的驅動方案。輸出電流由原邊檢測的信號地計算控制，在DCM模式下操作轉換器，輸入電流將跟隨輸入電壓得到高功率因數，使LED驅動器與TRIAC調光器很好地兼容。此外，使用原邊控制，使得輸出電流信號和TRIAC調光信號在原邊獲得，簡化電路功能。輸出電流通過TRIAC導通角的變化改變，得到近乎線性的調光曲線。

1工作原理

由于TRIAC調光很普遍，成本較低，因此，能夠與LED驅動電源兼容的TRIAC調光器很普遍。在實際應用中，盡管由于輸入電流高度扭曲使得功率因數無關緊要，但在帶PFC控制的調光中，使輸入電流跟隨輸入電壓仍具有意義。本文的控制方案使輸入電流跟隨電壓變化，得到較高的功率因數。

TRIAC調光功能可以很容易實現，關鍵是如何檢測調光角和改變基于調光角的輸出電流。

1.1TRIAC調光器

圖1給出了TRIAC調光器經整流后的波形圖。由圖可看出，TRIAC在琢角時觸發導通，當電壓過0時關斷。此時觸發相位角的輸出電壓Vout由式（1）計算。

其中，Vout和Vin分別是調光器輸出電壓和線電壓的有效值。VF是LED的閾值電壓。

此時功率因數可由式（2）表示。

在調光情況下，輸出電壓波形明顯發生畸變，且產生諧波。由式（2）可知，當調光角由α逐漸接近π時，功率因數也隨著減小。因此，需要設計功率因數校正電路以提高功率因數。

圖1TRIAC調光器整流后波形

1.2單級反激PFC變換

為得到較高的功率因數，反激變換器通常用于DCM或CRM模式。原邊控制的反激變換控制原理圖如圖2所示。每個開關周期的輸出電流都由Io計算模塊計算，然后累積輸出電流Io-est與輸出參考電流Io-REF比較，誤差信號Vea反饋給乘法器。誤差放大器的頻帶寬度遠低于傳統PFC控制器的線性頻率。乘法器的其他輸入是電流波形參考信號Vac（t），與整流器總線電壓Vd有相同的波形。乘法器IREF輸出用來控制流經原邊開關的峰值電流。

圖2原邊控制的反激PFC電路

當原邊開關Q1導通，變壓器磁化電流（isw）呈線性增加。當isw達到參考電流IREF,開關Q1關斷，磁化電流傳輸到副邊。副邊二極管D1導通，磁化電流線性增加。一旦電流達到0，開關管Q1重新導通。

在DCM模式下的穩態波形如圖3所示。

圖3DCM模式下原邊信號的穩態波形

2電路設計及實現

針對TRIAC調光中出現的尖峰電流及LED燈閃爍問題，在電路中設計無源泄放電路和有源阻尼電路，主功率拓撲采用單級反激變換電路，工作于電流斷續模式。電路圖如圖4所示。其中，輸入電壓范圍為90Vac~265Vac，輸出功率：8W；輸出直流電壓：22V；輸出電流：350mA；調光范圍：1%~100%；調光過程穩定無閃爍。

圖4基于FL7730的TRIAC調光驅動器原理圖

電路主要包括：無源泄放電路，有源阻尼電路，控制電路，單級反激變換電路。其中控制電路選用飛兆半導體的控制芯片FL7730.FL7730是一款適合于單級反激拓撲的有源功率因數校正控制器，采用模擬檢測方式，可兼容傳統的TRIAC調光，實現調光控制。本設計采用原邊控制簡化電路，降低成本，同時效率達到0.8以上。調光過程平穩且LED燈無閃爍，較好地實現線性頻率控制，實物圖如圖5所示。

圖5調光控制實物圖

圖4中，MOS管電流有效值和耐壓值分別由式（5）、式（6）計算：

其中，IPKP是初級電流峰值，VPKmax是輸入交流電壓峰值，VR是反射電壓，ΔV是漏感電壓。

副邊輸出電流ILED由式（7）計算。

其中，TDIS為開關關斷時間，T是開關周期，VCS是原邊電流檢測電壓。

2.1無源泄放電路的設計

無源泄放電路為TRIAC提供維持電流和擎住電流，避免LED的閃爍和誤觸發。在圖4中由電阻R1和電容C1組成。電感L4為輸入濾波電感。其中，C1的大小決定TRIAC導通的泄放電流的大小。在調光中，泄放電流大，調光穩定性越高。電阻R1在電路中起阻尼作用，抑制調光器觸發時電容C1快速充電引起的尖峰電流。

2.2有源阻尼電路設計

圖4中左上部分為有源阻尼電路，電阻R2、R3,電容C3,二極管和MOS管Q1組成，用來抑制尖峰電壓。其電路工作波形圖如圖6所示。在調光器觸發時，容易引起較大的電流尖峰，通過電源線路，為電容CIN快速充電。如果沒有阻性阻尼，該電流尖峰將引起電源電流振蕩，大電流將引起調光器誤觸發，破壞TRIAC調光器。采用阻尼電阻可以抑制尖峰電流，阻尼電阻的功耗也會較高。

圖6阻尼電路工作波形

3仿真結果及數據分析

圖7給出了在不同導通角時整流橋輸出電壓的波形圖。由于調光器內部RC電路的延時作用，使得調光角受到限制。由圖中可看出，隨著控制角的增大，可調電壓的范圍逐漸變小。同時由于電路中加入有源阻尼，有效地抑制了尖峰電壓。

圖8搖調光曲線圖（調光角相對LED電流的關系）圖8所示是調光角與LED輸出電流之間的關系，表1給出了實驗數據。由圖8可以看出，隨著調光比的減小，LED電流平滑地下降，實現平穩調光。這是由于調光角越小，可調電壓范圍越小，輸入電壓有效值也減小，因此輸出電流也減小。由表1可知，電路的功率因數達到0.9，效率在0.8以上。

圖7不同控制角時輸入電壓的波形

圖8調光曲線圖（調光角相對LED電流的關系）

表1實驗數據

4結論

本文分析了TRIAC調光器及單級PFC反激