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消除在LED照明應用中的光閃爍



摘要

將LED用於離線式取代型燈泡 (retrofit lamps) 中,看似為一簡單直接的作法,但要達到和用戶想以之取代的傳統型燈泡類似的照明品質,仍有許多細節要注意。為避免來自各地客戶的抱怨,在設計LED燈時,就要特別考慮光閃爍問題。本應用須知介紹了和驅動器拓撲結構及LED特性相關的LED燈閃爍的現象,並提供了多種使用立錡LED驅動器與搭配專用LED燈串組合而成的解決方案。本文也將介紹說明用於測量LED燈之光閃爍的一實際測量方法。

本應用須知中提到相關的立錡的LED驅動器元件,有PFC返馳式拓撲結構的RT7302,PFC降壓拓撲結構的RT8487,線性拓撲結構的RT7321和PFC MR-16 LED驅動器的RT8479



1. LED燈的光閃爍之特性

優質的室內照明需要均勻分佈的光,而這是來自穩定的光輸出和合適的色溫。人眼對在較低頻率下光強度變化較敏感,而光強度的波動也會導致身體不適,眼睛疲勞或頭痛。

基本上LED燈有兩種可能會發生的光閃爍:

  • 和交流電源頻率相關的光波動,通常是雙倍的電源頻率(例如:電源頻率是50Hz,光波動頻率即為100Hz,電源頻率60Hz,光波動頻率即為120Hz)
  • 隨機型的光強度波動(往往由於LED燈和週邊照明元件的不相容而造成的)

雖然對大多數人而言,75Hz以上的閃爍是不會被注意到的,但是閃爍的感知不只和頻率有關,也和光輸出的波峰和波谷的強度(即強度調變)及這些變化持續的時間有關。圖一顯示針對此效應的兩種量化方法:

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圖一、閃爍的量化方法(IES手冊第10版)

量測閃爍百分比是非常簡單的,而且它是可以用在一般具有週期性變化且波形相對對稱的光源。然而,具有非對稱波形或呈現非週期性閃爍的光源,閃爍指數則是一個較好量化閃爍的方式,因為它有考慮到波形形狀的差異(即工作週期)。

傳統光源並非完全沒有閃爍:白熾燈的閃爍相對較低,其閃爍百分比約為10〜20%,而這是由於燈絲加熱的時間常數較長。用電磁式安定器的節能燈,它的閃爍則相當高:閃爍百分比高達37〜70%。現代使用電子式安定器的節能燈,它的閃爍較低:閃爍百分比只有5%左右。

目前,針對LED燈最大可接受的閃爍還沒有明確的標準存在,但許多LED照明廠商則規定:在100Hz - 120Hz的頻率範圍內,閃爍百分比須小於30%。

LED的光輸出是和流過LED的電流有直接關係;也就是,LED的光輸出會立即反應出變化的LED電流。因此,若希望LED燈完全無閃爍的話,首先須要有一穩定的LED驅動電流。


2. 閃爍、LED電流和LED電壓紋波之間的關係

若要知道光閃爍、LED電流紋波和LED驅動器輸出電壓紋波之間的關係,首先要先瞭解LED燈串的特性。

圖二顯示了Cree公司的高亮度LED產品,XLAMP MX-6 LED,它的電流和相對光通量之間的關係。

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圖二、以Cree之高亮度LED產品為例,用LED電流紋波可推算其光通量之變化

圖中顯示一正弦形LED電流紋波,它的光通量的變化可因此被推斷出來。所以LED電流的改變會直接改變它的光輸出;但可以看出,兩者之間不是完全線性的關係。因此LED電流紋波和其衍生的閃爍百分比之間也不是線性的關係。對於大多數LED而言,光閃爍百分比是低於電流變化百分比的。

在大多數離線式LED驅動器中,電路參數會影響LED輸出電壓紋波,而LED電流紋波是則是受電壓紋波影響的。因此,重要的是要知道在整個LED燈串上的電壓紋波和流過LED的電流紋波之間的關係,他們之間的關係可以從圖三LED的I / V曲線得知。(相同的Cree公司產品,XLAMP MX-6 LED)

differential resistance.png

圖三、用LED I/V曲線來量測動態電阻

LED在各工作點上的動態電阻決定了LED上的電壓紋波和由此產生、流過LED燈的電流紋波二者之間的關係。 LED的動態電阻相當小,所以這表示一個非常小的電壓紋波就已經可以產生很大的電流紋波。 因為I / V曲線的斜率隨不同的工作點而不同,動態電阻是以LED的平均電流作為它的工作點來決定。

大多數LED燈泡用到數個LED。當LED串聯時,動態電阻則需要乘上LED的數量。當LED並聯時,動態電阻則需要除以並聯的LED的數目。

3. 離線式LED驅動器的基本電路

要了解離線式LED燈有100Hz / 120Hz閃爍的原因,就須先了解由交流電源供電的LED驅動器的基本操作。其基本電路示於圖四:

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圖四、基本的離線開關式LED驅動器

在大多數單級離線式LED驅動器中,轉換器可以是由降壓,升降壓或返馳式轉換器構成的,它會將(整流過的)電源電壓轉換為合適的輸出電壓來驅動LED燈串。主要的反饋迴路是透過LED電流檢測,以提供定電流(平均值)至LED燈串。

若要LED沒有閃爍,LED電流(ILED)就必須是一個穩定的直流電流,而LED上的電壓(VLED)也因此會是一個固定的直流電壓。由於電源電壓是一正弦波,所以LED應用電路中必須包含至少一個電壓緩衝元件來將交流電流轉換成直流電壓,圖四中的C1或C2都可以作為緩衝元件。

低功率因數的應用:

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圖五、低功率因數轉換器

以C1作為緩衝元件(如圖五中,C1用較大的電容值),可提供轉換器一個相對穩定的直流輸入電壓,並且因有快速電流反饋控制迴路,輸出電流IOUT也較穩定。C2只是用來過濾轉換器中的高頻開關雜訊,所以它可以用相當小的電容值。因為在LED電流中,和電源頻率相同的成份是較小的,所以100Hz / 120Hz的閃爍也較少。然而,選用一個大的C1電容值將造成脈衝狀的輸入電流,進而導致較差的功率因數,同時也造成電源電流IIN會有較高的諧波失真。這種解決方案通常僅被使用於低功率(< 6W)的LED驅動器應用當中。

高功率因數的應用:

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圖六、高功率因數轉換器

近來,大多數高功率的LED燈泡都要求有好的功率因數和低輸入電流諧波。所以如圖六中所示,C1必須使用較小的電容,且轉換器需要一低頻寬的控制迴路才能儘可能維持正弦波形的輸入電流。高功率因數轉換器的輸出電流近似於正弦波二次方的函數,也就是倍頻的餘弦波波形,而LED的平均電流即為餘弦波的平均值 (mean value)。現在電壓緩衝元件是C2,它是用來降低整個LED燈串電壓上的紋波。明顯地,若要達到非常小的LED電壓紋波就需要非常大的C2電容值。輸出電壓紋波與LED的特性,共同決定了LED電流紋波及隨之而來的LED燈泡的100Hz / 120Hz閃爍。

控制高功率因數校正(PFC)單級LED驅動器的閃爍的設計方法如下:

  1. 定出最大閃爍百分比的要求(通常為30%左右)
  2. 從光通量與正向導通電流的關係曲線,決定最大LED電流峰至峰的變化 (ILED_PP)
  3. 從LED的I/V曲線上,找出LED在該操作點的動態電阻RDYNAMIC_TOTAL
  4. 找出跨在整個LED燈串上,最大峰至峰的紋波電壓VOUT_PP

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  1. 確定所需的輸出電容值:

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其中:
IOUT_PP為2倍 LED的平均電流(對高功率因數轉換器而言,是很好的一近似值)
VOUT_PP是跨在LED燈串上所允許的峰至峰輸出電壓紋波f是兩倍的電源頻率。

以下的章節會介紹幾個用於特定閃爍百分比的離線式LED驅動器的例子。也將會解釋如何計算和測量,並且探討一些降低LED閃爍現象的解決方案。


4.採用RT7302的20W隔離型高功率因數LED驅動器

RT7302GS是一採用初級側調節和恆定導通時間拓撲結構的定流返馳式LED驅動器,為的是要有高功率因數。該轉換器是在邊界導通模式中切換。下圖顯示一個20W 用於T8的參考設計。最大光閃爍定於30%。

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圖七、一狹長的外形尺寸,用於T8管的RT7302參考設計板

如圖所示,這個20W T8設計板用於一由8個並聯的LED燈串構成的長型T8燈具。每一燈串是由16個LED串聯而成,所用LED的類型是艾笛森光電PLCC 3022 0.2W系列。總LED燈串組合在400mA的電流下,正向電壓可達49V,而每個LED燈串則流過50mA的電流。

圖八是取自LED PLCC 3022規格書中的曲線圖,藉此可以得到所允許的電流紋波和LED燈串組合的動態電阻。

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圖八、此特性圖取自低功率LED PLCC 3022規格書

從亮度對電流的曲線圖:當30%的光閃爍時,LED的電流變化可達 ±17.5毫安或35%。總燈串組合(8燈串並聯)中,LED峰至峰的電流則可高達280mApp。從I / V曲線:在一LED 50毫安的操作點下,它的動態電阻是7.5Ω。總LED燈串組合的動態電阻則是7.5 × 16 / 8  = 15Ω

整個燈串組合所被允許的電壓紋波是可以計算出來的:

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圖九所示是一個20W LED驅動器的電路圖,是一個高功率因數設計,也就是在次級繞組的輸出電流有較多低頻率的紋波,其頻率為兩倍的電源頻率。主要的緩衝元件就是輸出電容EC1。

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圖九、RT7302於20W隔離型高功率因數的LED驅動器

對於電源頻率為50Hz的設計,輸出電容值可如下估計:

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選用330µF作為EC1的電容值。

下圖十顯示在230V / 50Hz的輸入下,並使用330µF的輸出電容時,轉換器的輸出電流,LED電壓,LED電流和光輸出等的測量值。

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圖十

紫色波形是轉換器的輸出電流,所有高頻開關的成分都已除去。它的振幅為LED平均電流的兩倍且其頻率為100Hz。由於有較大的輸出電容,LED的電壓紋波是3.7VPP。LED的平均電流為400mA,而紋波為279mApp,即34.8%。 LED燈串組的動態電阻是略低於從LED圖表計算出來的值:3.7V / 279毫安 = 13.6Ω。

在右側示波器圖形顯示的是LED電流和測得的光輸出(光量測是由自製的光感測器完成的,見第九章)。 LED電流紋波為34.8%,測得的閃爍是30.4%,非常接近所要求的值。


5. 採用RT8487 10W非隔離型高功率因數LED驅動器

RT8487是一個可以用在非隔離降壓及升降壓型的應用中的高功率因數LED驅動器控制器。控制器是在邊界導通模式下使用諧振開關。下面的應用實例是10W的設計,它使用16個Cree XLAMP MX-6 LED串連在一起,LED燈串電壓為49V。

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圖十一、 RT8487非隔離型10W高功率因數LED驅動器

此驅動器是專為平均輸出電流200mA而設計,它的閃爍百分比定為30%。LED的紋波電流和電壓可以從下面的圖表而得知。

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圖十二、Cree XLAMP MX-6 LED 的特性曲線

從亮度對電流的曲線圖可知:30%的光閃爍,LED電流的變化是 ±70毫安 (mA) 或35%。從I / V曲線:在操作點為200毫安(mA)下LED的動態電阻是1.7Ω。LED燈串組的動態電阻則是1.7 *16 = 27.2Ω(注意,在低電流範圍下,LED的動態電阻較高)。整體燈串組合被允許的電壓紋波可以計算如下:

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LED驅動器的應用電路圖如圖十三。 RT8487是用於有浮接式控制器的降壓拓撲結構中。自舉電路 (bootstrap circuit)用來提供IC電源且該電路只使用標準的鼓線圈電感器。

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圖十三、RT8487於浮接式降壓拓撲結構中10W高功率因數設計中



對於電源頻率為50Hz的設計,所需的輸出電容值可如下估計:

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選用220µF作為輸出電容EC1的電容值。

圖十四為該轉換器的輸出量測結果。

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圖十四

紫色波形是轉換器的輸出電流,所有高頻開關部分都已除去。它的交流振幅為424mApp,比LED平均電流的兩倍還高出一些。由於用較大的輸出電容,LED的電壓紋波是3.07VPP,比原先所計算的值稍低。 LED的平均電流為200mA,其紋波為120mApp,即30%。LED燈串組的動態電阻是略低於從LED圖表計算出來的值:3.07V / 120毫安 (mA) = 25.6Ω。

在右側示波器圖形顯示的是LED電流和測得的光輸出(光量測是由自製的光感測器完成的,見第九章)。 所測得的閃爍是26.1%,遠低於所要求的最大值。


6. 100Hz / 120Hz 抑制閃爍解決方案

從前面所討論的例子中,可明顯看出單級高功率因數校正的設計將會產生一些和電源頻率相關的閃爍。閃爍的大小取決於電源頻率,轉換器輸出電流的交流振幅,輸出電容的大小,亮度對電流的特性和LED燈串的動態電阻等。轉換器輸出電流的波形和功率因數有關。

要減少在單級高功率因數校正的LED驅動器中100/120Hz的閃爍,就必須減少LED電流紋波。以下為幾種可能的方式:

  1. 減少轉換器輸出電流的峰至峰振幅。這可以藉著減少設計中的功率因數,增加輸入電容,並增加了電流反饋迴路的速度等而達到。 PF (power factor) 和THD (Total Harmonic Distortion) 可能都無法符合要求,且這個解決方案通常只用於低功率設計中。
  2. 增加輸出電容。為減小紋波至非常低的水平,就必須要有一個非常大的電容器,如此即增加了成本和體積。
  3. 增加LED燈串的動態電阻:可以選擇有較高RDYNAMIC的LED,或LED操作在I / V曲線較低的區域。也可以在LED燈串上再串聯一電阻,然而這將增加額外的功耗,也會降低轉換器的效率。
  4. 也可使用一個後線性穩壓器來消除輸出電壓紋波,從而減小了LED的電流紋波。圖十五是一個簡單的電路解決方案。

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圖十五、用NPN 或PNP 電晶體所作的消除LED 紋波電路

上圖的電路是一個自給偏壓的射極隨耦器。利用達林頓組態,可以使得基極的阻抗維持相當高,所以只需很小的電容即可以過濾100Hz的紋波。這個電路可以是用NPN電晶體來作,放在VOUT端;或者是用PNP電晶體,則放在GND端。

加上這樣的電路可將LED電流紋波降到非常低的值,甚至接近0%。 而這消除LED電流紋波電路的缺點是會有額外的功耗,於是降低了LED驅動器的效率。在Q2上的功耗可以由 (VOUTPP / 2 + 1.2V) * ILED來估計。

圖十六顯示消除LED紋波電路和10W的LED驅動器一起測試的結果。圖中加入的稽納二極體ZD2是用來在啟動期間內,可加速濾波電容的充電。

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圖十六、紋波消除電路在10W LED驅動器中的應用與其測試的結果

放入紋波消除電路之後,LED的電流可說是完全平穩的,也就是完全無閃爍。然就10W的LED驅動器而言,單單Q2的功耗即約0.63W;LED驅動器的效率,立即從89%下降到84.5%。如此高的功耗使得紋波消除電路這樣的解決方案通常僅適用於較低功率的系統。

高功率LED驅動器無閃爍的工作情況:

對於高功率LED驅動器且需要LED無閃爍的情況下,常需用到二級式設計:這可以是一個隔離型的PFC返馳式,加上在次級側分開的降壓級,或是非隔離型PFC升壓+降壓等不同的組態,可參考圖十七的例子。

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圖十七、CC降壓隔離型PFC返馳式與高壓CC降壓非隔離型PFC升壓的組態


7. 減少線性離線式LED驅動器中的光閃爍

由於低成本高電壓的LED出現,線性離線式LED驅動器變得越來越普遍。立錡科技用於中等功率的線性LED驅動器RT7321和RT7322是使用四個高電壓LED燈串,可以並聯或串聯等動態方式連接,從而提高LED在整個電源週期中的使用。參見圖十八。

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圖十八、RT7321 (230V) / RT7322 (110V) 線性LED驅動器可切換成各種LED串、並聯的連接方式

由於該電路不包含任何電壓緩衝元件,所以LED電流在整個電源週期中是無法連續的:在正弦波過零點時,會有一段時間LED電流是降為零,這將導致閃爍。因光輸出的變化不是正弦波曲線,一般所用的閃爍百分比的量化方式是非常不適合這種類型的LED驅動器。以下的例子可用來說明這一點。

圖十九顯示了使用RT7321CCGSP和飛利浦LUMILED高壓LED於一個7W線性LED驅動器的設計。

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圖十九、RT7321CCGSP 在7W應用中的電路圖

RT7321CGGSP在並聯模式和串聯模式中會分別提供20毫安 (mA) 和40毫安 (mA) 的電流。每個LED燈串是先串聯3個24V LED,再並聯另一組LED燈串,且兩串維持在相同的LED電流額定值。 每一燈串大約將有72V的正向電壓,而這是符合RT7321 230V的應用。該電路還需要一個小的X電容和串聯電阻以過濾EMI雜訊,且所有元件都可安裝在LED板上。圖二十顯示在7W應用中,LED的總和電流和光輸出的測量結果。

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圖二十、RT7321 在7W 的應用中,LED的總和電流和光輸出

由上圖可得知,這種設計會產生很大的LED紋波,當整流過的輸入電壓低於LED燈串的電壓時,LED電流會變為零。若用以計算閃爍百分比,則總會得到100%的結果。因為它的波形不是正弦波形,用閃爍指數是較為恰當的量化方法。

在平均值上方和下方的的面積是可以被測量出,所以可以算出這種波形的閃爍指數約為0.28,而這仍然是一個相當大的值。

可以藉著加上一個小的緩衝電路來降低這種電路設計上的閃爍。由於這種線性驅動器的設計是為了提供好的功率因數,所以若只簡單地加上一個大的輸入電容作為緩衝,並不是一個好的解決方案。也可以加上一個用小薄膜電容器作的填谷電路,使得當正弦波過零點期間,它能提供足夠的緩衝以讓LED1和LED3維持導通,也同時讓功率因數保持在一個可接受的值。圖二十一是此種解決方式的電路。

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圖二十一

由於填谷緩衝電容器看不到全部的整流過的電源電壓,所以250V的各類型都可以使用。二極體和薄膜電容器都夠小,可放在LED板上;而功率因數為0.87,還是可以接受的。

圖二十二是這個解決方案的總合併LED電流與光輸出的測量結果。

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圖二十二、填谷電路解決方案的合併LED電流和光輸出

現在可以看出,LED電流和光輸出在正弦波過零點的期間仍是連續的,光輸出波形的閃爍指數約在0.2左右。雖然它當然不如主動開關模式的解決方案好,但對於許多需要非常小外形尺寸的應用來說,它是一個非常有吸引力的替代開關模式LED驅動器的方案。


8. 分析LED燈的隨機型光閃爍

在一些LED燈的應用中,可能會發生隨機型的閃爍。這個隨機閃爍是間歇性的光變化,其頻率不一定與電源頻率相關。這種閃爍的情況通常發生在當LED燈與現有的照明週邊設備,如調光器或電子變壓器,一起結合使用時。

大多數現有的照明設備是針對使用傳統的白熾燈或鹵素燈而設計,而它們在系統中如同有相當高功耗的電阻性負載。大多數LED燈卻不像是電阻性負載,並且由於其較高的能源效率,它們消耗的功率非常少。把LED燈接上照明設備時,電路可能會發生錯誤,或間歇性地工作,而這就會造成燈的閃爍。若要找到解決方法,必須先瞭解週邊設備的基本電路功能,且LED燈的電路也需配合作出一些修改,使其適合於原來的照明設備。

以MR-16的應用來作例子說明。圖二十三是一典型的MR-16燈的應用和其等效電路。

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圖二十三、MR-16燈的應用和其等效電路

電子變壓器電路是一自激振盪半橋諧振轉換器。功率電晶體是被一個與輸出變壓器串聯的小變壓器來驅動,以取得和負載成比例的基極驅動電流。這些電路用在電阻性負載時,都工作地非常好,因為能提供一個穩定的負載電流。由於電晶體的驅動和負載相關,所以該電路需要一個最小的負載電流來啟動。功率從20W到60W鹵素燈都可滿足這些條件。

把LED燈接上電子變壓器時,各種不相容的問題都可能發生:

  1. LED燈在輸入整流級時,完全不像電阻性負載,反而較一個電容器。
  2. LED燈較低的功耗無法保證電子變壓器穩定的啟動。
  3. 電容性負載會導致高突起尖峰電流,這會因此觸發電子變壓器的過流保護,並且可能造成反覆性運轉停止/重新啟動的循環。

圖二十四所示是一個連於電子變壓器,典型低成本的MR-16 LED燈,其中也包括整流級和一個降壓型LED驅動器。相關的波形顯示於右邊的示波器圖形。

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圖二十四、典型低成本的MR-16 LED燈應用與其相關波形

在理論上,電子變壓器的12V交流電輸出電壓應足以將VCAP充電到16 ~ 17V直流電,並且降壓型LED驅動器應有足夠的輸入電壓,以提供一個定電流給四個發光二極體(LED)。然而實際上,由上圖波形可看出,電子變壓器只有很短的時間在工作。因為LED燈電容性負載的特性不能使電子變壓器穩定工作,所以緩衝電容僅偶爾被高電流脈衝充電。由於這種間歇性工作的情況,降壓型轉換器的輸入電壓偶爾會低於LED燈串的正向電壓,而LED電流有一短暫的向下凹陷,這就導致非常清晰可見的隨機型低頻閃爍。注意:某些電子變壓器比其他的變壓器對電容性負載更為敏感。 LED燈有時較適合搭配沒有保護功能、簡單型的電子變壓器。但在一般情況下,許多低成本的LED燈在連接到各種電子變壓器時,都會有相容性問題。

為解決這種不相容的問題,LED燈需要重新設計使其特性更像鹵素燈:即輸入電流必須是穩定的,並且必須滿足電子變壓器的最低操作電流。

立錡已開發了一些特殊的MR-16 LED驅動器,以期和電子變壓器能有最佳的相容性。這些LED驅動器都使用兩級式的設計,可參見圖二十五:

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圖二十五、兩級式的MR-16 LED驅動器

第一級是一個有輸入電流控制與輸出電壓控制的升壓轉換器。第二級是定電流降壓轉換器。升壓級可控制輸入電流的大小,以滿足電子變壓器最小負載的要求,並藉著使電子變壓器在整個電源週期中保持在工作狀態,得以提供PFC功能。如此,它的輸入阻抗對電子變壓器就如同電阻性負載。升壓級的輸出電壓直接給降壓級,其中C1作為緩衝元件。該升壓電壓穩定且夠高,足夠供應由5個高亮度LED串聯起來的LED燈串。

圖二十六所示,為一個典型5W MR-16的應用,其中所用的RT8479C是一個二級式MR-16 LED驅動器晶片。此應用中所使用的LED燈串是由4個飛利浦LUMILED LUXEON Rebel LED串聯而成的。

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圖二十六、RT8479C於5W MR-16的應用

RT8479C內含兩個功率電晶體(MOSFET):一個用於升壓級(LX1),另一個用於降壓級(LX2)。升壓級的操作如同固定關閉時間的峰值電流控制,它提供最小限定輸入峰值電流和自然的PFC電流調變。升壓級穩定該電壓,並且包括過壓保護。降壓級是一個快速遲滯定紋波電流的拓撲結構,它可藉著高端感測電阻調節至一穩定無閃爍的LED電流。 ACTL可通過外部的調光信號來控制LED電流,也允許藉NTC電阻來達到溫度控制的電流折返。

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圖二十七、二級式的RT8479於MR-16應用的輸入和輸出波形 

圖二十七顯示了RT8479 LED驅動器連接到電子變壓器時的輸入和輸出波形。電子變壓器在電源電壓很大部分的工作週期中是工作狀態的。(只有在正弦波過零點,該電路因DIAC觸發啟動而有一小段在非工作狀態)。在右側的​​放大波形顯示了合併的變壓器開關週期和所施加升壓級的開關:該升壓級的輸入電流控制使輸入峰值電流保持在限定的電流值,足以使變壓器電路保持在工作狀態。該升壓級還可使VCAP的電壓穩定在25V;此電壓值提供足夠的裕量給降壓級來驅動四個LED有穩定無紋波的電流。這種操作模式的另一個優點是,輸入功率因數相當高,約在0.97,且因為它沒有高尖峰電流,所以整個應用電路的可靠性也提高了。


9.簡易的光閃爍測量設備

雖然測量LED電流的變化可瞭解LED的閃爍情形,但是最好是可以測量LED燈串上實際光的變化。因為要計算閃爍百分比只需要測量相對的光變化,所以可以使用簡單具有內置放大器的光感測器。輸出波形可以在示波器上看到。

圖二十八是使用TSL257 IC的一簡單光電壓轉換器的線路示意圖。

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圖二十八、光閃爍的測量裝置示意圖

電路中的TSL257是一個簡單具有良好的線性度的光電壓轉換器IC。它可由單鋰離子電池供電,使其成為可攜式的測量工具。輸出電壓和光強度(照射)直接成正比,也可連接到示波器上,由此可以把光波動的情形直接以波形的方式顯示在示波器屏幕上。TSL257的頻寬2kHz用於光閃爍的測量是足夠的且它的價錢並不貴,可在Farnell或Digikey買到。

下面的圖片說明如何構建這樣的一個工具。

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所需的零組件:同軸電纜線,鋰離子電池,TSL257 IC,一個開關,22µF 25V電解電容,和黑色塑膠盒,並在它的頂部鑽一3mm的孔。將TSL257和感測器放置一起並朝向該孔。

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然後將感測器用非透明的環氧樹脂膠固定。最後,連接所有其它零組件。

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由於TSL257的高光感度,入射到感測器的光需要被衰減相當多,才能適合於直接量測LED燈串的光。將數層A4紙張放置在該孔以產生足夠的光衰減。本測試裝置,共使用了8層的紙。

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圖二十九、實際的光閃爍測量

為了避免周遭光線的影響,應該把室內燈都關閉。將該裝置放在LED燈的上方,使得所讀出光輸出的最大值約3V左右。當波形發生限幅的情況時,應增加光與工具的距離,或加更多層的紙,以達到更多的光衰減。量測感測器峰至峰的輸出值和平均值。用平均法降低雜訊。以正弦波信號而言,閃爍百分比可由下公式計算:

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10. 結論

若要消除LED燈的光閃爍,首先要對驅動器的拓撲結構及LED的特性有充分的瞭解。對於單級高功率因數LED驅動器,光閃爍可以量化,測量,也可藉著選擇適合的元件或加入抑制LED紋波的電路而減少光閃爍。大多數的隨機型閃爍是因LED燈和週邊照明設備之間的相容性問題而導致的。要解決這類光閃爍的問題,就需要對整個系統有徹底的了解。立錡提供了多種功能很強的離線式LED驅動器解決方案,他們都能提供非常好的系統相容性,且能滿足目前LED驅動器市場中對光閃爍的要求。



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