中心議題：

• LED驅動技術
• 調光技術
• 數字電源技術推動LED照明的發展

解決方案：

• 典型的數字LED控製係統
• 針對LED燈的具體設計的數字技術解決方案

LED照明以其發光效率高，使用壽命長

，亮度控製簡單和環保的優勢，迅速受到廣大用戶的歡迎。作為新型的節能光源
，LED燈具會逐步地取代傳統的白熾燈泡。LED照明的不斷普及對調光和控製技術提出了越來越高的要求。當前用戶主要關心的是，LED燈具必須要使用安全、重量輕、壽命長
、不影響用戶健康，並可適用於現有的調光設備以及可以承受的價格。

要滿足用戶的願望，就要求驅動電源轉換效率高


、輸出電流紋波低、無光耦設計，並且在接入任何調光器
，無論是支持或者不支持的型號，都要保證燈具的安全性能。這對LED的驅動電源提出了極大的挑戰。越來越多的LED燈具廠商意識到，傳統的驅動方式很難同時兼顧到所有的要求，無法大量推廣LED燈。數字電源技術突破了傳統方案的局限性
，可以對用戶的要求進行整合和優化，為LED 驅動和調光控製提供一個完整的解決方案。本文針對LED燈的具體設計問題來討論數字技術的優勢和解決問題的方法。

LED驅動技術

高效率無光耦轉換 LEDdequdongdianlubanengliangcongjiaoliudianwangzhuanhuanweibenshenfaguangsuoxudezhiliuxingshi。nengliangzaizhuanhuandeguochengzhonghuiyousunhao。zhuanhuanxiaolvyuegao，sunhaoyuexiao
，duiqudongbufensanredeyaoqiuyeyuedi。juedaduoshuLED燈采用灌膠和鋁散熱器來解決散熱問題。對用戶而言，高效率的驅動方案可以降低驅動電路的散熱成本，減輕LED燈的重量。降低電路溫升還有利於提高LED燈deng的de使shi用yong壽shou命ming。傳chuan統tong的de隔ge離li驅qu動dong方fang案an利li用yong光guang耦ou傳chuan遞di二er次ci側ce的de電dian流liu信xin號hao給gei一yi次ci側ce控kong製zhi器qi來lai維wei持chi穩wen定ding的de輸shu出chu電dian流liu。二er次ci側ce檢jian測ce電dian路lu增zeng加jia了le驅qu動dong電dian路lu的de複fu雜za性xing、成本和損耗。光耦的使用還降低了可靠性。因此，主流的LEDdengshengchanchangjiadoukaishicaiyongwuguangoudeyuanbianfankuijishu。dangqian
，shuziyuanbianfankuijishuyijingchengshubingqiededaoleguangfanyingyong。shuzikongzhikeyishixianwuguangoufankuideshuchudianliudejingquekongzhi。liyong變壓器反饋波形，數字技術還可以實現波穀開通來提高轉換效率。

a 無光耦精確電流控製

圖1(a)顯示一個原邊反饋的反激變換器。一次側和二次側的電流波形顯示在圖1(b)中。平均輸出電流Iout=1/2XXXX,這裏Isp是變壓器副邊繞組的峰值輸出電流；Trst是變壓器磁恢複時間
；Tprd是開關周期。在理想情況下，原邊峰值電流Ipp=XXXX，其中Np和Ns是原邊和副邊繞組匝數。因此，輸出電流Iout=XXXXXX。現在假定Iset是設計輸出電流
，數字控製器可以通過控製原邊峰值電流Ipp=XXXXX來獲得所需的輸出電流。

b 波穀開通控製

波穀開通的主要目的是獲得高效率。圖2是MOSFET 關斷以後耦合到變壓器輔助繞組上的電壓波形。如圖2 所示

，變壓器在T1 時間點完成磁恢複。然後磁化電感和MOSFET漏級雜散電容開始諧振。如果MOSFET 的開通正好處在漏源電壓諧振的穀底T3，就(jiu)可(ke)以(yi)達(da)到(dao)最(zui)低(di)開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)。同(tong)時(shi)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)減(jian)小(xiao)有(you)利(li)於(yu)提(ti)高(gao)輸(shu)入(ru)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)效(xiao)率(lv)。利(li)用(yong)數(shu)字(zi)技(ji)術(shu)對(dui)輔(fu)助(zhu)繞(rao)組(zu)上(shang)的(de)電(dian)壓(ya)波(bo)形(xing)作(zuo)分(fen)析(xi)
，可(ke)以(yi)非(fei)常(chang)簡(jian)單(dan)的(de)實(shi)現(xian)波(bo)穀(gu)開(kai)通(tong)的(de)功(gong)能(neng)。

低電流紋波設計 LED照明不僅需要精確和穩定的電流，還要求電流的紋波非常低。科學家研究表明，低於165Hz的閃爍，不管來自可見光還是不可見光

，都有可能引起偏頭痛或者視覺不適。低於70Hz 的閃爍甚至會對少部分人引發癲癇。因此， 美國電氣和電子工程師協會(IEEE)正在製定相關標準來引導對人體健康無危害的LED 照明驅動的設計。
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一(yi)個(ge)輸(shu)入(ru)呈(cheng)阻(zu)性(xing)的(de)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)內(nei)部(bu)一(yi)定(ding)要(yao)存(cun)在(zai)儲(chu)能(neng)元(yuan)件(jian)，當(dang)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)低(di)的(de)時(shi)候(hou)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)能(neng)量(liang)給(gei)負(fu)載(zai)。如(ru)果(guo)能(neng)量(liang)進(jin)行(xing)單(dan)次(ci)轉(zhuan)換(huan)又(you)要(yao)求(qiu)輸(shu)入(ru)呈(cheng)阻(zu)性(xing)，其(qi)需(xu)要(yao)非(fei)常(chang)大(da)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)來(lai)降(jiang)低(di)負(fu)載(zai)的(de)電(dian)流(liu)紋(wen)波(bo)。如(ru)果(guo)能(neng)量(liang)進(jin)行(xing)二(er)次(ci)轉(zhuan)換(huan)可(ke)以(yi)解(jie)決(jue)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)。通(tong)常(chang)的(de)二(er)次(ci)轉(zhuan)換(huan)形(xing)式(shi)是(shi)結(jie)合(he)Boost shurujihefanjishishuchuji。shurujizhuyaokongzhiqudongdianyuandeshuruzukang。fanjishidianyuantigongdiwenboshuchudianliu。ercizhuanhuankongzhidefuzaxinghengao。tebieshidangjierutiaoguanqideshihouhaixuyaoxietiaoshurujiheshuchujidenengliangpingheng。tu3是常用的二次轉換係統結構。傳統的二次轉換控製方案需要同時得到輸入電壓Vin
、Boost 電流IL、中間電容上的電壓Vbulk、反激式原邊電流Ip以及電壓的反饋Vout，控kong製zhi成cheng本ben很hen高gao，因yin此ci很hen難nan得de到dao廣guang泛fan應ying用yong。數shu字zi控kong製zhi技ji術shu提ti供gong了le簡jian單dan的de一yi次ci側ce反fan饋kui方fang法fa，還hai可ke以yi預yu測ce中zhong間jian電dian容rong電dian壓ya
，因yin此ci隻zhi需xu要yao檢jian測ce輸shu入ru電dian壓yaVin 並解析變壓器反饋信號就能實現完整的二次轉換控製。大大簡化了係統的控製成本。

全麵的驅動保護 在LED 燈具的設計

，生產和使用的過程中，驅動電源有可能麵對LED 負載的短路、開路，驅動電源板的短路

、虛焊
，接插件的錯接
、反接等等問題。全麵的驅動保護可以簡化LED 燈deng具ju的de設she計ji和he生sheng產chan
，延yan長chang使shi用yong壽shou命ming，降jiang低di生sheng產chan成cheng本ben。對dui係xi統tong狀zhuang態tai進jin行xing實shi時shi監jian測ce並bing做zuo出chu精jing確que判pan斷duan是shi數shu字zi控kong製zhi的de一yi個ge長chang處chu。數shu字zi控kong製zhi可ke以yi快kuai速su地di實shi現xian

* LED 負載的開路保護
* LED 負載的短路保護
* LED 負載的過熱保護
* LED 燈的限功率控製
* 控製器的各管腳的開路和短路保護

調光技術

動態的調光器阻抗配合 傳(chuan)統(tong)的(de)調(tiao)光(guang)器(qi)主(zhu)要(yao)用(yong)於(yu)驅(qu)動(dong)純(chun)電(dian)阻(zu)負(fu)載(zai)，包(bao)括(kuo)前(qian)沿(yan)切(qie)相(xiang)調(tiao)光(guang)器(qi)，後(hou)沿(yan)切(qie)相(xiang)調(tiao)光(guang)器(qi)和(he)智(zhi)能(neng)調(tiao)光(guang)器(qi)等(deng)等(deng)。由(you)於(yu)負(fu)載(zai)是(shi)白(bai)熾(chi)燈(deng)，傳(chuan)統(tong)的(de)調(tiao)光(guang)器(qi)功(gong)率(lv)都(dou)在(zai)200W- 600W。LED 驅動電源的特性正好相反——小功率，容性負載。為了能夠兼容這些調光器，LED驅(qu)動(dong)電(dian)源(yuan)必(bi)須(xu)提(ti)供(gong)阻(zu)性(xing)或(huo)者(zhe)是(shi)類(lei)阻(zu)性(xing)的(de)負(fu)載(zai)才(cai)能(neng)使(shi)調(tiao)光(guang)器(qi)穩(wen)定(ding)工(gong)作(zuo)。利(li)用(yong)功(gong)率(lv)電(dian)阻(zu)直(zhi)接(jie)提(ti)供(gong)阻(zu)性(xing)負(fu)載(zai)是(shi)一(yi)種(zhong)傳(chuan)統(tong)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。這(zhe)種(zhong)方(fang)式(shi)的(de)調(tiao)光(guang)效(xiao)果(guo)好(hao)，但(dan)是(shi)其(qi)主(zhu)要(yao)問(wen)題(ti)是(shi)效(xiao)率(lv)低(di)。這(zhe)與(yu)LED燈(deng)高(gao)效(xiao)率(lv)的(de)優(you)勢(shi)背(bei)道(dao)而(er)馳(chi)。另(ling)外(wai)一(yi)種(zhong)常(chang)見(jian)的(de)方(fang)案(an)是(shi)利(li)用(yong)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)整(zheng)流(liu)技(ji)術(shu)，使(shi)輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)跟(gen)隨(sui)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)變(bian)化(hua)，因(yin)而(er)提(ti)供(gong)類(lei)阻(zu)性(xing)負(fu)載(zai)。這(zhe)種(zhong)方(fang)案(an)往(wang)往(wang)適(shi)用(yong)於(yu)高(gao)功(gong)率(lv)LED驅動應用上。對於普及的小功率家用和商用LED驅動，其問題是輸入阻抗往往過高，特別是調光器和驅動部分EMI 抑製元件的相互作用往往使得其無法保證有足夠大的輸入電流去維持可控矽的穩定工作。如果調光信號處理不好就會造成LED 閃爍。

數(shu)字(zi)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)可(ke)以(yi)靈(ling)活(huo)地(di)結(jie)合(he)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)整(zheng)流(liu)技(ji)術(shu)和(he)動(dong)態(tai)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)方(fang)法(fa)。當(dang)控(kong)製(zhi)器(qi)檢(jian)測(ce)到(dao)調(tiao)光(guang)器(qi)存(cun)在(zai)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，根(gen)據(ju)調(tiao)光(guang)器(qi)輸(shu)出(chu)的(de)相(xiang)位(wei)角(jiao)，控(kong)製(zhi)器(qi)提(ti)供(gong)匹(pi)配(pei)的(de)阻(zu)抗(kang)來(lai)維(wei)持(chi)可(ke)控(kong)矽(gui)的(de)導(dao)通(tong)。在(zai)控(kong)製(zhi)相(xiang)位(wei)角(jiao)判(pan)斷(duan)完(wan)成(cheng)以(yi)後(hou)，控(kong)製(zhi)器(qi)可(ke)以(yi)利(li)用(yong)高(gao)阻(zu)抗(kang)來(lai)關(guan)斷(duan)可(ke)控(kong)矽(gui)，同(tong)時(shi)通(tong)過(guo)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)整(zheng)流(liu)技(ji)術(shu)來(lai)維(wei)持(chi)輸(shu)入(ru)的(de)波(bo)形(xing)。圖(tu)4 所示後切和前切調光器波形。OUTPUT(TR)是Boost 驅動控製。例如當檢測到後切波形時，Boost 驅動完全打開
，快速地泄放輸入端電荷；相反
，當前切調關器可控矽關斷後

，Boost 驅qu動dong則ze緩huan慢man地di泄xie放fang輸shu入ru端duan電dian荷he。在zai這zhe兩liang種zhong情qing況kuang下xia
，輸shu入ru的de相xiang位wei都dou可ke以yi得de到dao完wan整zheng地di恢hui複fu。目mu前qian市shi場chang上shang很hen多duo控kong製zhi器qi都dou要yao求qiu可ke控kong矽gui導dao通tong一yi個ge完wan整zheng的de交jiao流liu周zhou期qi

，對dui提ti高gao調tiao光guang的de效xiao率lv非fei常chang不bu利li。利li用yong數shu字zi技ji術shu可ke以yi大da大da降jiang低di調tiao光guang的de損sun耗hao，符fu合he綠lv色se照zhao明ming的de宗zong旨zhi。

完美的用戶調光體驗 用戶已經習慣於白熾燈的調光，因此往往期待LED的調光性能接近甚至超過以往的體驗。因此調光性能對於廣大用戶接受LED燈非常重要。調光性能的好壞完全取決於驅動電源的控製。目前市場上的一些可調光的LED燈在很多方麵無法滿足用戶的需要。比如說，如果多個LEDdenglianjiezaitongyigetiaoguanqishang
，gegedengdeliangduhuiyoumingxiandechabie
，zheshitiaoguangdeyizhixing。haiyou，yonghutiaoguangshi，xiwangmashangkandaotiaoguangdexiaoguo，danshiyoubuxiwangkandaoturandeliangdutiaoyueshenzhiximie

，zheshitiaoguangdedongtaixiangying。yixieLED 燈的光照度隨著輸入電壓而變化，在一些電網電壓波動比較大的地區就會影響用戶的使用。更重要的是，如果LED燈不能穩定照明而是不停的閃爍，用戶是無法接受的。
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很多LED燈利用平均輸入電壓或者近似均方根輸入電壓來控製輸出電流。如果每個LED燈對輸入電壓的檢測和判斷有差別
，就會造成輸出光照的不一致。如果輸入電壓降低，檢測的平均電壓會降低，LEDdengshuchuguangzhaojiuhuijianxiao。erliyongshuzijishuzekeyishixianduishuruxinhaoxiangweidedejiance。youyuxiangweishiyigeshijianliang
，shurudianyadebianhuaduixiangweideyingxiangyouxian。yinci，ruguojieheshurudianyahexiangweidejiance，keyishixianwendingbingqieyizhideshuchuguangzhao。shuzisuanfahaikeyijianceyonghutiaoguangdesudulaiyucekenengdetiaoguangdeweizhi，shideshuchudianliukuaisudegensuiyonghudezhilinglaibianhua。zheyangpinghengletiaoguangdedongtaixiangyinghezhunquexing，fangzhiletiaoguangguomanhuozheguangzhaodeguotiao。shideyonghutiaoguangdetiyanjiejinchuantongdebaichideng。

調光安全性 當用戶購買LED燈以後，生產廠商無法完全了解其使用環境。交流輸入的頻率可以是50Hz或者60Hz；調關器可以是支持的或者是不支持的；電網電壓會產生波動

，也會產生畸變；等等。諸多因素會影響LED燈的亮度變化甚至安全性。驅動電路的設計必須考慮這些可能發生的環境變化，具備相應的對策。當前的數字控製技術實現了

* 自動調光模式識別。控製器可以自動識別前切相式調光器和後切相式調關器，甚至在運行過程中允許前後切調光器的轉換。

* 自動檢測不支持的調光器。如果某一種調光器是所生產的LED 燈不能支持的，數字技術可以根據其輸出波形，迫使LED 燈進入保護模式，保障了用戶的使用安全。

* 自動防止多次快速啟動。由於LED 燈要求啟動快

，當LED 燈deng發fa生sheng故gu障zhang
，或huo者zhe輸shu入ru電dian壓ya畸ji變bian嚴yan重zhong時shi，驅qu動dong電dian源yuan有you可ke能neng反fan複fu地di重zhong啟qi動dong，造zao成cheng驅qu動dong電dian路lu的de過guo熱re。數shu字zi控kong製zhi可ke以yi很hen方fang便bian的de判pan斷duan路lu障zhang的de存cun在zai，防fang止zhi頻pin繁fan的de重zhong複fu啟qi動dong。

典型的數字LED控製係統

數字控製LED係統結構 圖5是iWatt的iW3610係列數字調光控製係統結構示意圖。iW3610控製器采用8個管腳的封裝，實現了如下功能：

* 調光器阻抗匹配
* 輸入功率因數控製
* Boost電壓的預測和控製
* 反激式變換器的一次側恒流控製
* 調光器的類型檢測和調光控製
* 完整的輸入，輸出和內部保護

調光器識別和控製流程

圖6是iWatt的iW3610係列數字控製器的內部結構圖。VIN caiyangtiaoguangqideshuchudianyaboxing。tiaoguangqixinhaotongguomonidaoshuzizhuanhuanjinrutiaoguangkongzhihexiangweijianceshuzimokuai。genjuqianqiehuozhehouqiexiangweidebaifenbi，hengliukongzhimokuaijisuanchusuoxudeshuchudianliukongzhiliang。kongzhiliangtongguoshuzidaomonizhuanhuantigonggeiyuanbiandianliukongzhibijiaoqi(Ipeak)。Isense檢測原邊電流信號，通過圖1所示的恒流控製原理，得到穩定的 LED輸出電流。Vsense提供變壓器反激的電壓信號。通過對反激信號的解析，控製器可以獲得輸出電壓，電流以及波穀的時間點來實現各種保護功能。

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圖 7給出了調光器的啟動檢測。調光器打開後，驅動電路開始充電。當VCC供電電壓達到啟動電平，控製器開始工作。Boost控製信號OUTPUT(TR)導通3-4個交流半周期，提供調光器一個低阻抗的回路來完成初始化。在這期間，控製器根據調光器輸出的特征波形，確定輸入的電壓範圍、頻率，和調光器的類型、相位角。如果判斷是所支持的調光器，就啟動驅動電路

，輸出所對應的LED電流。

iW3610係列產品應用方案 圖8(a)給出了iW3610係列控製器的一個具體應用方案。圖8(b)和(c)分別顯示了後切調光器和前切調光器的實測波形。

總結

數字控製技術在LED照明領域具有控製靈活，調光性能好和保護全麵的優勢。針對越來越多的控製和保護要求
，iWatt的iW3610係列數字控製器正逐步成為LED通用照明的主流驅動控製器。iW3610係列數字控製器適合燈具內置化驅動的要求
，采用數量不多的元件實現了高性能調光、較高功率因數、隔離驅動以及無光耦的精確恒流輸出設計
，優化了整體LED燈的散熱性能。整個設計的體積可以小至內置於E27/E26燈頭的球泡或PAR 燈內。5W設計效率大於80%
，10W設計效率大於85%，功率因數滿足Energy Star的要求，調光範圍達到1%-100%，同時支持歐美市場和亞洲市場上的主流調光器。