多燈并聯的可控硅調光LED驅動電路設計

一、概述

LED燈泡具有卓越的能效和較長壽命，被市場共認為是白熾燈和緊湊型熒光燈的有力替代者。但目前，影響大規模采用的主要障礙來自于較為昂貴的采購費用，以及與緊湊型熒光燈一樣的調光兼容性問題。對大多數消費者而言，目前購買LED燈泡是一個令人沮喪的體驗。因為一旦你買回家就會發現，大多數的LED燈泡都不能用于多燈并聯調光，而單個調光器連接多燈的情況在許多場合都有應用，例如酒店、商場、廚房等地方。目前，許多客戶使用可調光芯片SSL2101/SSL2102/SSL2103來做可控硅調光LED驅動電路?？紤]到多燈的調光兼容性有別于單燈，所以有必要找出影響多燈并聯調光兼容性的因素，提供最簡單易實現的解決方案。

本文選擇了SSL2103 120vac GU10作為研究對象，力圖解決上述問題。

1、10燈并調連接示意圖

2、SSL2103 120Vac GU10原理圖

該線路板使用較大的緩沖電容并且未使用WB_DRV管腳，因而沒有弱泄放電流（對2101而言，一般會在WB上接一個較大的電阻，所以弱瀉放電流較?。?，上述工作模式稱為低紋波模式。許多客戶都采用這種方案。

單個GU10電路未接調光器情況下接120V 60HZ交流輸入，輸入電流和電壓的波形如下圖。輸出電流為345.3mA。

3、多燈并聯調光原理及思路

對于可控硅調光器來說，在一個調光器連接多個LED燈的情況下，最為重要的是做到對于AC交流信號的阻尼（damping），防止AC電流的震蕩，以及合適的瀉放電流。

下圖為連接可控硅調光器的情況下，調光器輸出的電壓及電流波形。我們把其細分為三個階段。

階段1：前切可控硅調光器導通

在該階段中，對于調光器來說，負載的阻抗特性非常復雜，實際上并不是一個單純的電阻特性，其中還會包含電容性。在該階段，必須選擇合適的電阻值以對AC信號進行阻尼，這點非常重要。同時為了防止AC電流震蕩，必須選取合適的X電容值。

階段2：前切可控硅調光器關斷，弱瀉法導通

在該階段中，調光器保持關斷，負載的直流阻抗，即弱瀉放電阻以及整流橋后PWMLIMIT的分壓的上電阻非常重要。這兩個電阻對于調光器來說都有弱的瀉放作用。我們在多燈并聯的情況下，希望調光器在該階段一直保持關斷，從而避免誤觸發。不合適的瀉放電流（比如說幾個毫安，但低于調光器的維持電流）會導致調光器的誤觸發或重新觸發。這一點對于多燈并聯下調光器的兼容性非常重要。

階段3：強瀉放導通

在該階段，強瀉放保持導通，以使調光器能正確地過零點復位。

二、測試及驗證過程

通過調節輸入阻尼電阻、輸入X電容、整流橋輸出端并聯電阻（弱瀉放電阻）、PWMLIMIT腳上的分壓電阻等元器件的值，來觀察調光器與LED驅動電路的兼容性。

1、調節輸入電阻

在輸入端并聯4 。 7 n F ， W B _ D R V 浮空， 以及PWMLIMIT分壓上電阻為1M情況下，通過調節R1+R4的值，發現R1+R4的阻值為100Ω情況下僅有一個調光器會有閃爍現象（共有11個調光器），在150Ω情況下和100Ω情況基本相同。但是減小阻值會導致多個調光器不兼容。

具體如表1所示。

小結：當R1+R4的值為100Ω時，有10個調光器工作良好（共11個調光器）。進一步減小阻值，效果不太理想，會出現更多閃爍現象。

表1

2、調節輸入X電容

在輸入電阻為1 0 0 Ω ， W B － D R V 浮空， 以及PWMLIMIT分壓上電阻為1M情況下，調節輸入電容，觀察不同容值下的調光情況。當容值從初始值4.7nF每次增加10nF過程中發現，電流波形會變得很差，調光效果也非常不理想。之后，又嘗試將輸入電容去掉，發現效果較好；當輸入電容為2.2nF時，調節調光器，未閃爍。當輸入電容增大時，輸入電流的峰峰值會增大。具體如表2所示。

表2

小結：輸入X電容在2.2nF和4.7nF下，調光效果較好。增大電容會導致多個調光器不兼容。輸入X電容越大，輸入電流的最大峰峰值越大。

表3 不同X電容值下輸入電流的最大峰峰值

3、整流橋輸出端并聯電阻

在輸入電容為4.7nF、輸入電阻100Ω，WB－DRV浮空，以及PWMLIMIT分壓上電阻為1M情況下，在整流橋輸出端并聯電阻，來產生弱泄放電流（對于SSL2101的方案，一直會有弱泄放電阻的），觀察在不同弱泄放電阻下調光器的表現。具體如表4所示。

表4

小結：在低紋波模式，弱泄放電阻對多燈調光有很大的影響。其阻值小于1M更容易閃爍。

4、改變BRIGHTNESS上的分壓電阻

考慮到整流橋之后的分壓電阻也會產生類似的弱泄放作用。因而嘗試了改變PWMLIMIT和BRIGHTNESS腳上的分壓電阻。在輸入電容為4.7nF、輸入電阻為100Ω的情況下，具體如表5所示。

小結：BRIGHTNESS和PWMLIMIT腳上的分壓上電阻有弱泄放作用，R7阻值保持在大于1M左右，調光效果較好。5、附加測試

在輸入電容為2.2nF，WB_DRV浮空，以及PWMLIMIT分壓上電阻為1M，調節輸入電阻（R1+R4），100Ω電阻下可兼容所有調光器，90Ω和80Ω電阻下可兼容大部分調光器，進一步減小電阻效果就不太理想了。所以，在輸入電容為2.2nF下，選擇80Ω的電阻可以減小損耗，避免效率過低。這樣就可以兼顧調光兼容性和效率。

三、總結

使用SSL210X系列搭建市電可控硅調光線路板時，在低紋波模式下（大緩沖電容、小弱泄放電流），影響多燈調光兼容性的因素有：輸入阻尼電阻、輸入X電容、弱泄放電阻、PWMLIMIT和BRIGHTNESS腳上的分壓電阻。

在120vac情況下，我們建議輸入阻尼電阻100歐姆，X電容2.2n？4.7n，弱瀉放電阻》1M，以及PWMLIMIT分壓上電阻》1M。

四、附錄

由上文知，要想調光器兼容性較好，則輸入X電容得取得較小，但是這樣就會影響EMI。為了應對EMI測試，我們提供2個電路供大家參考。

4.1 LC+PI濾波器

AC端使用一個LC濾波器（電容C和上述測試使用的X電容一致），在整流橋之后使用一個PI濾波器。

4.2 兩級差模電感+共模電感

兩級結構主要應用在較大功率的板子上，一般大于10W。
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