怎样使LED灯更好地实现单向线性调光？驱动器IC设计有玄机

关于LED灯调光几乎所有人都有感受，我们理想的调光是光线从暗到明，或者从明到暗，这种单向稳定的变化才是用户最想要的体验。LED灯能否达到这样的效果，和驱动器IC的品质有着很大的关系，LED驱动器IC不仅要兼容市面上大多数的可控硅调光器，还要实现线性单向调光。为了满足这些要求，Power Integrations公司推出适合于单级非隔离降压式可调光LED驱动器应用的LYTSwitch-7 IC产品系列。这些器件采用超薄SO-8封装，在无需散热片的情况下可提供22 W输出功率，并且效率高达86%，并且还具有高功率因数、精确调整率及全面的保护功能，适合于灯泡、灯管及其它照明装置的应用。

宽电压输入，低电压调光
使用LYTSwitch-7 IC的LED驱动器的电压输入范围是90V到305V，同时在低电压输入下仍可实现调光。对于这一点可能会有人问，为什么不做高输入电压调光？高电压输入在技术上实现肯定没有问题，但是任何一个国家都是单一电压，要么是低电压，如日本、美国，要么是高电压，如中国、欧洲，因此LED驱动器要么定位在高压要么定位在低压即可满足用户需求。但在某些国家，比如美国，其照明市场分为商用和民用，而商用照明的供电电压往往是高压输入，并不需要高压输入时具有调光功能。LYTSwitch-7 LED驱动器IC既可应对宽电压输入范围，又可以实现在低电压下调光，而且是在保证输出电流恒定的情况下实现宽电压输入。因而可以同时满足美国商业及民用照明需要。

集成保护，安全性更高
在分离元器件的驱动器方案当中，如果想增加某一项保护需要增加更多器件来实现。而PI的电路保护是完全集成的。这样的优势有三点，第一，在输入过压-浪涌的情况下，输入过压保护可以对LED负载进行保护。比如当电路遇到雷电时，只要电路中出现雷电，母线中就会出现高压，IC会相应停止开关操作，后面的LED灯都会避免高压危害；第二，提供输出过流、过压(OVP)、短路及负载开路保护。比如负载开路时，电压会持续升高，负载端的电容很容易损坏，而输出过压保护可以在此故障情况下对输出电容提供保护。第三，驱动器过热时输出电流降低并最终实现完全关断的的热折返保护。比如，当大厦失火时，随着周围环境温度的增加，LED灯并非马上熄灭而是亮度慢慢变暗，从而给里面的人逃生机会。如图1，更神奇的是，当温度达到更高时，灯具会完全熄灭，而一旦外部温度恢复至正常范围，灯具会自行恢复照明。

图1：先进的热管理性能–灯泡可在异常环境温度下仍然提供照明输出

三个因素决定EMI很低，兼容大多数可控硅调光器
EMI是所有调光驱动器方案面临的一个问题。它不但与EMI滤波器元件的成本有关，还涉及到对前端连接的可控硅调光器兼容问题。使用LYTSwitch-7的LED驱动器其EMI很低。主要来自于以下三个方面的原因：第一，“安静”的源极节点（源极电位）用于散热。由于其特殊的MOSFET工艺，在此方案中IC的散热方式是通过源极进行散热，而在降压型、开关管位于下端的电路结构当中，MOSFET源极的电位不随其开关而变化，因而电气上是个低噪声节点，EMI会很低；第二，工作在临界模式。由于电感电流工作于临界导通模式，因而其工作频率不停变化。噪声能量分布于不同频率点上，因而其EMI也会比较低；第三，开关管位于低端的电路结构，这样在PCB板上可以将源极的铺铜面积做大，而将漏极的铺铜面积做小，这样既保障了IC本身的散热，又兼顾了EMI 。

EMI低不仅可以节省EMI滤波器成本，同时由于EMI较低，因而可以采用相对数值较小的输入滤波元件，而数值小意味着与可控硅内部电路发生谐振的幅值会降低，从而大大降低了在调光导通角较小时输入电流低于可控硅维持电流的可能性，进而帮助驱动器兼容市面上大多数的可控硅调光器，提高了灯具的兼容性。

独有的算法可提供高功率因数以及精确的调整率

图2：电感电流分布

怎样实现精确的恒流控制是很多LED驱动器IC厂商一直考虑的问题。如图2所示，为实现高的功率因数，通常开关管的电流都会跟随输入电压的波形进行变化。而一旦输入端出现任何噪声及低频扰动，随开关管电流的响应，都会在输出端的LED驱动电流上显现出来，从而造成照明亮度的响应变化，影响人的视觉体验。而Power Integrations的LYTSwitch-7方案则采用一个交流半波周期中当中某个时段采用的是限流工作模式，即电感的峰值电流不随输入电压而变化，从而可以对输入噪声进行抑制，输出端的电流对输入端的噪声不敏感。避免了输出照明受交流供电影响的情况。而输出恒流的控制是通过维持一个交流半波中电感电流的平均值不变来实现的。因此其恒流精度对应不同的输入电压、负载及批量生产条件下均可保证。另外，相对于传统控制方法，由于峰值电流比较低，因而MOSFET利用率高，同时储能电感也可以减小，再加上方案本身独特的供电方式，电感上不需要额外的耦合绕组，进而可以采用低成本的市售标准电感。这大大增加了方案的吸引力。

高性价比，无泄放电路
泄放电路是很多用于调光应用的驱动器中需要的电路。其可以帮助灯具兼容市场上众多的调光器。其工作原理是当调光角度较小时（调光过程中灯具照明比较暗的情况下），可控硅调光器一旦开通，驱动器的输入电流必须高于可控硅本身的维持电流阀值，否则可控硅可能会提前关断，从而造成输出照明闪烁或熄灭。为了保证输入电流足够高，泄放电路往往作为“负载”来增大输入端的电流。这样做的问题是泄放电路大大增加了驱动器内部的发热，降低了驱动器的效率，而温度的增加也会对驱动器的可靠性及寿命造成影响。而LYTSwitch-7 LED驱动器方案中却没有泄放电路，可控硅依然可以维持导通状态，这是如何做到的呢？

使用LYTSwitch-7 IC的LED驱动器方案由于在交流半波周期的中心部分采用的是限流工作方式，因而期间传送至负载的功率跟传统方法相比比较低，而在电流限制期间缺失的功率却在交流半波周期的起始端及结束端进行传送，这样使得该方案与其它传统控制方法相比，在调光角度比较小的情况下，输入端的输入电流更高，从而间接起到了泄放电路“增加输入电流”的目的。正是LYTSwitch-7这种特殊的控制方法带来了无需泄放电路的方案优势。这极大地简化了驱动器方案、降低了驱动器内部温升、提高了驱动器的寿命和可靠性。

也正是有以上的技术特色才使得Power Integrations的LYTSwitch-7 IC产品能够给用户带来友好的调光体验，而且BOM元件数减至最少，比传统电路约少40%，可以帮助用户极大地节约成本，见图3评估板。

图3：A19及蜡烛灯

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