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钟岩, FAE
作为一种新的、最有潜力的光源，LED照明以其节能、环保的优势越来越受到人们重视。加上国家和地方***的政策鼓励，我国的LED照明产业进入了加速发展阶段，运用市场迅速增长。在室内照明方面，用LED灯替代传统的可调光白炽灯或者卤素灯也将是大势所趋。由于传统的白炽灯调光器采用可控硅调光器，用LED灯替代白炽灯时，要求不能改变原有线路，还要能适应现有的可控硅调光器。针对这一目标市场，目前很多大的半导体厂商（包括国际知名半导体厂商）都已经推出了自己的LED调光ASIC，但由于LED固有的发光原理，目前市面上的LED ASIC调光案都还不是很成熟，都有其固有的问题，本文就将针对目前的调光方案做一个详细的分析，并介绍我们基于MCU的调光方案。 
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1 LED的发光特性
目前的新技术使LED能够达到很高的功率水平，LED的功率能够达到1W，甚至有些达到5W，光效达到60-85LM/W，这种LED设备称为高亮LED(HB-LED)。目前我们用在照明上LED都是HB-LED，一般都是选择1W的LED通过串并联的方式组成大功率LED灯，尤其以串联为主。这种LED的 图1.1 LED 图1.2 从图1中可以看出，当加在LED两端的电压没有达到3.4V之前， 从图1.2可以看出，随着温度的上升， 所以在LED调光时，要想让LED调到一个固定的亮度，就必须要保证一个固定的 |
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2 恒功率控制LED调光方式
2.1 理论依据 恒功率控制方式一般采用单级FLYBACK拓扑结构，基本框图如图2.1所示。 图2.1 恒功率控制方式框图 从图中可以看出与一般开关电源的FLYBACK相比，恒功率方案多了一个调光信号控制回路，用于检测输入可控硅的导通角和输入电压，从而给出相应的调光信号。同时，方案中没有反馈信号，完全开环控制，由原边控制占空比的大小从而控制输出功率的大小，。其控制的理论依据为： 式中： 恒功率控制方式都是先预知LED的输出功率 式中： U为加在变压器原边的电压，即输入电压；D为占空比； 2.2 优缺点 理论上，这种拓扑结构简单，成本低，但仔细分析就会发现，这种方式存在很多弊端。首先是 其次，恒功率控制都是预先假定输出功率是恒定的，比如用9个1W（ Tab2.1 LED Electrical Characteristic（T=25℃） 从表格2.1可以看出，虽然每个LED的偏差都不会太大， 但当LED串联起来时，总的偏差就不能忽略了。PAR灯的实际功率可能不止9W或者不到9W,直接反应在灯上就是最大亮度没有到额定值或者比额定值要亮。当PAR灯的实际功率不到9W时，而驱动的输出功率依然是9W，那么流经LED的电流 另外，就算LED出厂时 再次，功率兼容性问题。由于恒功率控制方式都是预先设定好输出功率，当所接的灯功率与预先设定的功率不匹配时，LED灯不能正常工作。当所接的灯的功率小于预设功率时，甚至会烧毁LED灯。 还有就是空载损耗的问题，由于恒功率控制方案的输出功率只与输入电压和导通角的大小有关，当没有与接LED灯时，依然会有相应的功率输出，使得空载损耗变得很大。 最后，调光器的兼容性问题。由于LED是用来替代以前的白炽灯，所以LED调光也必须用可控硅调光。白炽灯是纯阻性负载，对可控硅的导通不会造成什么影响，但LED的驱动电路由开关电源组成，就不是一个纯负载了，因此会对可控硅造成一定的影响。可控硅的斩波波形很容易产生畸变，尤其很难保持很好的导通状态。所以在驱动上一般都要加可控硅稳定电路。恒功率控制法由于其纯硬件实现，就算加了可控硅稳定电路，对调光器的适应性也有限。 由于恒功率控制有其结构简单，成本低的优点，而其缺点部分短时间里可能没能体现出来，所以很多半导体厂商都采用此方法。但若采用MCU控制恒流的方案，以上问题都可以很好的解决。 3 基于MCU控制恒流的方案 世强电讯提出的基于MCU控制恒流的方案整体框图如图3.1所示。方案由两级组成，第一级为FLYBACK，采用闭环控制以输出一个稳定的电压给第二级供电，第二级采用MCU控制，组成一个BUCK恒流控制电路。其中MCU要完成的功能包括；1：根据可控硅导通角的大小，给出相应的调光信号。2：根据可控硅斩波后波形的畸变情况决定是否需要改变调光信号。3：通过检测LED的电流反馈，给出相应的占空比，稳定流经LED的电流，达到恒流控制。 |
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3.1 理论依据
恒流控制电路拓扑结构为BUCK电路，BUCK用于恒压输出时候，输入电压与输出电压的关系为： 式中： D为占空比； 从式3.1中可以看出，输出电压与占空比和输入电压都成正比。在闭环控制中，取输出电压反馈信号 所以，当BUCK电路用于恒流控制时，只要把电压反馈信号改成电流反馈信 3.2 优缺点 由于MCU控制恒流方案由于采用恒流控制，针对恒功率控制方案中出现的问题都能很好的解决； 首先，针对由于 其次，由于采用闭环控制，可以达到很高的输出电流的精度。能保证灯的一致性。 再次，功率兼容性问题。MCU恒流控制方案能兼容额定功率以下的LED灯。对于串联的LED灯，改变输出功率的大小，只是改变了LED灯的数目n和输出给LED灯的电压 而针对空载损耗问题，可以用MCU检测是否有负载接入，当检测到没有LED接入时，可以关闭后级的BUCK电路，减小空载损耗。 最后，可控硅的兼容性问题。恒功率控制方案中，采用纯硬件模式来稳定可控硅的导通，对调光器的适应性还是有限。在MCU控制恒流方案中，除了有硬件稳定电路，还有软件对可控硅斩波后的波形进行辨别处理。可以通过软件设置，判断斩波后的波形是畸变还是真的在调光，从而决定要不要改变相应的调光信号。所以MCU控制恒流方案提高了对调光器的适应性。 当然，由于MCU恒流控制采用两级闭环控制方案，相对于ASIC的恒功率单级控制方案，也存在一些不足之处，首先就是在结构上要比恒功率控制方案复杂，成本上略高1~2RMB，另外就是效率比恒功率方案要低，但完全能满足“能源之星”的要求。 |
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4总结
表1两种方案的优劣对比 通过上述的分析比较，不难看出，在一致性、功率兼容性、调光器的兼容性和对LED的使用寿命和显色性的影响等关键指标方面，MCU控制恒流方案都要比ASIC控制恒功率方案有绝对的优势。 |
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