LED照明的漣波抑制電路-通嘉科技

1、LED 照明的漣波抑制電路 日期： 2015-12-18作者 : 黃福源LED 照明應用已日漸在普及中 ，一般會注意到的問題為LED 燈的能耗、色溫、演色性、等等。除了這些之外，隨著消費者對 LED 的逐漸認識，了解到不同的 LED 燈具會有不同的照明品質(zhì)且不好的照明品質(zhì)，可能會對身體及心理造成某些影響。其中，最顯而易見的問題是頻閃，所謂頻閃（ flicker ）是指光的亮度隨著時間有明暗變化的現(xiàn)象。明暗變化的頻率在60Hz 頻率以下時，人的眼睛都可以很輕易的覺察到光源的閃爍。而頻率在高於60Hz 以上時，雖然人的眼睛無法輕易察覺，但是對於敏感的視覺時經(jīng)系統(tǒng)而言，容易因為外界亮度的變化，需要一

2、直去調(diào)節(jié)瞳孔的大小，導致眼睛容易有疲勞或不適。所以頻閃是一種我們在日常的照明中不希望發(fā)生的現(xiàn)象。其實所有的光源，無論是LED 燈、白熾燈、鹵素燈、日光燈，其實都會有閃爍現(xiàn)象。原因是因為電力交流電的電源頻率，通常為50Hz或 60 Hz ，閃爍頻率一般就是電源頻率的兩倍。所以 100Hz120Hz 的頻閃現(xiàn)象，人眼不易察覺，卻又普遍存在我們的日常生或當中，已經(jīng)直接或間接對我們身體造成影響。LED 照明的應用很廣，有室外照明、室內(nèi)照明、商用照明、居家照明等等。因為照明的場所不同，就會需要不同的燈具及規(guī)格，在種類繁多的LED 照明應用當中，設計者需要考慮的因素很多，每一種線路架構(gòu)都有其優(yōu)點及所需的零

3、件成本，除了成本之外，一般設計時會考慮的規(guī)格有一、二次測是否需要隔離、效率要求、功因因素、諧波失真、輸出電流準確度及輸出電流漣波大小等 。比較常見的 LED 照明線路架構(gòu)有一次側(cè)回授調(diào)節(jié)、二次側(cè)回授調(diào)節(jié)兩種，又區(qū)分是否隔離，且都需要單級具有高功率因素的特性，不然就需要使用高價格的兩級線路架構(gòu)，以目前 LED 照明的市場，除非是大瓦特數(shù)的應用，不然一般都以單級架構(gòu)來達到高功率因素的需求。圖 (一)及圖 (二 )是分別代表兩種常見的隔離式LED 照明應用線路。LF1ACEMILED+InputC1FilterLED-8653214圖(一) 二次側(cè)回授調(diào)節(jié)控制架構(gòu)有較佳的電流精確度LF1ACEMIL

4、ED+InputC1FilterLED-8653214圖 (二) 一次側(cè)回授調(diào)節(jié)控制架構(gòu)省略二次側(cè)所有元件有較佳的零件成本優(yōu)勢LED 照明在未來幾年間將會逐漸地取代白熾燈泡、螢光燈炮及燈管，這已經(jīng)是不可避免的趨勢。目前的 LED 照明驅(qū)動電路設計大多採用單級一次側(cè)調(diào)節(jié)架構(gòu)(PSR)來達到高功率因素及定電流調(diào)節(jié)的功能，是將交流電轉(zhuǎn)換成定電流驅(qū)動 LED 負載，而交流電中的低頻漣波會造成兩倍頻的 LED 低頻漣波，既所謂”頻閃 (flicker) ”，為了抑制低頻漣波傳統(tǒng)應用線路上必須使用兩級架構(gòu)，多加了一級 DC/DC 轉(zhuǎn)換器用以濾除低頻漣波，但是對 LED 照明在推廣成本上無疑是雪上加霜，而一

5、個簡單的原理是利用基本晶體飽和區(qū)特性，來抑制LED 低頻電流漣波，不但可以減少系統(tǒng)成本還可以去除頻閃對人體不良之影響。圖(三 )是一種常見的非隔離式高功因降壓架構(gòu) LED 驅(qū)動線路，線路架構(gòu)簡單，具成本競爭優(yōu)勢，但是輸出電流有很大的漣波，輸出是 18 顆 LED 串聯(lián)，電壓約 60V ，LED 電流 160mA ，但是 LED 輸出漣波電流240mA ，輸出電流漣波占比高達148% ，如圖 (四 )VCCCOMPZCDLDXXXXGNDCSGATERsACEMIInputFilterVoutILED圖(三 ) 非隔離式高功因降壓架構(gòu) LED 驅(qū)動線路VLED ILED240mA/162mA=1

6、48%圖 (四 ) LED 輸出電壓跟電流漣波波形圖 (五)兩級線路架構(gòu) : 高功因返馳式加上切換式降壓降架構(gòu)漣波抑制線路的原理為經(jīng)由一個RC 濾波線路將交流電中會造成兩倍頻(100Hz or 120KHz)的 LED 低頻漣波濾除，得到一個穩(wěn)定的直流電壓來驅(qū)動開關元件MOSFET 的閘級 (Gate) ，讓 MOSFET 操作在飽和區(qū)。圖 (六)是一個簡單的漣波抑制線路，包括一個RC 濾波線路，MOSFET 的 Drain 端連接到 LED(-) 端，RC 濾波的輸出電壓提供給閘級(Gate) ，可以大大的降低前級定電流控制器所產(chǎn)生的漣波電流，而不需使用成本較高的直流降壓轉(zhuǎn)換器。圖(六 )

7、漣波抑制線路和MOS 輸出特性曲線LED 的低頻閃爍會造成視覺疲勞影響視力，然而這種影響往往是緩慢的，因此長期以來沒有引起人們的重視，隨著LED 照明市佔率不斷升高，市場對於LED 照明規(guī)格也愈趨嚴格，目前雖然 LED 照明並未完整定義出頻閃規(guī)格，但頻閃現(xiàn)象已越來越受重視，一個簡易型漣波抑制電路可以解決頻閃現(xiàn)象，對於系統(tǒng)廠應用也是一大優(yōu)點一個簡單的實驗， LED 輸出電壓約 51V ，LED 輸出電流 360mA ，去調(diào)節(jié)輸出電容容值的大小，來調(diào)節(jié) LED 輸出電流漣波的大小，觀察在相機模式下頻閃的現(xiàn)象，如圖(七)輸出無外加漣波抑制線路 ,LED ripple current 58%相機模式下

8、 ,有明顯頻閃輸出無外加漣波抑制線路,LED ripple current 30%相機模式下 ,有明顯頻閃輸出無外加漣波抑制線路 ,LED ripple current 20%相機模式下 ,有輕微頻閃輸出外加漣波抑制線路 ,LED ripple current 5%相機模式下 ,沒有頻閃圖(七) LED 輸出電流漣波跟頻閃的關係通嘉科技 (Leadtrend Tech. Corp.) 推出一款可以消除和抑制 LED 照明因為單級高功因轉(zhuǎn)換器架構(gòu)下所產(chǎn)生 100Hz120Hz 漣波之控制 IC LD6801 ，其適用於替代傳統(tǒng)燈具下所有可能產(chǎn)生 100Hz120Hz 頻閃的現(xiàn)象，常見需求於取代傳

9、統(tǒng)螢光燈的產(chǎn)品。 LD6801 也具有調(diào)整系統(tǒng)低頻漣波及各項特性上設定，產(chǎn)品運用整體規(guī)格表現(xiàn)較傳統(tǒng)或一般照明產(chǎn)品具有優(yōu)勢。LD6801 主要原理是利用 MOSFET 操作在線性區(qū)及飽和區(qū)的工作性質(zhì)來使汲極產(chǎn)生跟前級相同的定電流源所輸出電壓漣波對應準位，藉由減少LED 燈板端電壓的低頻漣波使輸出於燈板上的電流漣波也相對減少，而此原理較適用驅(qū)動器為定電流輸出裝置，而對於諧波失真主要依據(jù)前級 PWM 方案而定，須符合終端產(chǎn)品運用的IEC61000-3-2規(guī)範要求。LD6801 是一個極簡約將 100Hz120Hz 電流紋波消除和抑制的控制器，能消除和抑制各種 LED 紋波，並可搭配 PWM LED

10、恒流驅(qū)動 IC，不論是非隔離式還是隔離式，都能將紋波消除及抑制，改善後的紋波電流約可以小於5%，所以可以增加光效 ，提升照明品質(zhì) 。雖然 LD6801操作原理會使得電源效率平均下降約2% 左右，但對於光效率也會因漣波改善程度增加約2%左右。對於頻閃及能效相關要求已在國際照明協(xié)定組織相繼提出參考文獻。所以LD6801 提供一致的電流源給用戶，並且輸出電流可調(diào)節(jié)高達1500mA ，為用戶提供了靈活地控制LED的發(fā)光強度。 LD6801 擁有可調(diào)整燈源端輸出異常下的保護功能，例如：開路保護、短路保護及過溫度等相關系統(tǒng)保護，當系統(tǒng)異常狀態(tài)解除後，將可恢復系統(tǒng)運作，讓系統(tǒng)在使用上更加安全及穩(wěn)定。ACEM

11、ILED+InputFilter86VCCGATEHVCSROVPLED-RcC(Option)OVPOUTOCP 26VCCSOT-26516V/1uF2.2uFREFGND3RFLD78312COMPRS漣波抑制電路1 ZCDGND4高功因 PSR 返馳式定電流架構(gòu)圖(八) 隔離式單級高功因一次側(cè)調(diào)節(jié)架構(gòu)(PSR)+ 漣波之控制 IC LD6801VCCCOMPZCDRUPLD7835RDOWNGNDCSRF (Option)GATE漣波抑制電路RsACEMILED+InputFilterROVPLED-OVPOUT6VCCOCP 2SOT-2616V/1uF2.2uF高功因降壓定電流架構(gòu)REFGND圖(九) 非隔離式高功因降壓架構(gòu) LED 驅(qū)動線路 + 漣波之控制 IC L