全数字控制可控硅调光LED驱动器设计
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基于可控硅调光器的LED驱动电路分析
基于可控硅调光器的LED驱动电路分析
引言
常见的调光有双向可控硅调光、后沿调光、ON/OFF 调光、遥控调光等。
可控硅调光器在传统的白炽灯等调光照明应用已久，且不用改变接线，装置成本较低，各品牌可控硅调光器的性能和规格相差不大，但是其直接应用在LED 驱动场合还存在着一系列问题。
1 双向可控硅TRIAC 调光原理
市面上大多数可控硅调光器基本结构如可控硅前沿调光器若直接用于控制普通的LED 驱动器，LED 灯会产生闪烁，更不能实现宽范围的调光控制。
原因归结如下：
(1)可控硅的维持电流问题。
目前市面上的可控硅调光器功率等级不同，维持电流一般是7～75mA(驱动电流则是7～100mA)，导通后流过可控硅的电流必须要大于这个值才能继续导通，否则会自行关断。
(2)阻抗匹配问题。
当可控硅导通后，可控硅和驱动电路的阻抗都发生变化，且驱动电路由于有差模滤波电容的存在，呈容性阻抗，与可控硅调光器存在阻抗匹配的问题，因此在设计电路时一般需要使用较小的差模滤波电容。
(3)冲击电流问题。
由于可控硅前沿斩波使得输入电压可能一直处于峰值附近，输入滤波电容将承受大的冲击电流，同时还可能使得可控硅意外截止，导致可控硅不断重启，所以一般需要在驱动器输入端串接电阻来减小冲击。
(4)导通角较小时LED 会出现闪烁。
当可控硅导通角较小时，由于此时
输入电压和电流均较小，导致维持电流不够或者芯片供电Vcc 不够，电路停止工作，使LED 产生闪烁。
2 一种可控硅调光的LED 驱动电源。
一种全数字PID控制LED光源驱动器
（19）中华人民共和国国家知识产权局（12）发明专利申请（10）申请公布号CN102821521A（43）申请公布日 2012.12.12（21）申请号CN201210287543.7（22）申请日2012.08.13（71）申请人江门市联创发展有限公司地址529000 广东省江门市江海一路138号102（72）发明人胡志军（74）专利代理机构广州嘉权专利商标事务所有限公司代理人谭志强（51）Int.CIH05B37/02;权利要求说明书说明书幅图（54）发明名称一种全数字PID控制LED光源驱动器（57）摘要本发明公开了一种全数字PID控制LED光源驱动器，包括控制处理单元、用户接口单元、LED驱动单元、LED光源和电源管理单元，其中控制处理单元包括集成在单片机里的CPU处理系统、PID控制系统、PWM脉宽调制系统和反馈信息量化系统，LED驱动单元的输出端通过反馈采样单元连接控制处理单元的反馈信息量化系统，本发明在实际应用过程中不论在驱动器的稳定性、使用寿命、经济性方面，还是其体积或控制的便捷性、有效性上，较之于传统的通过模拟集成电路搭建而成的光源驱动方案都有很大提高，此外，其方便进行量化管理，且容易拓展，适用性强，具有很强的市场竞争力。
法律状态法律状态公告日法律状态信息法律状态2012-12-12公开公开2013-01-30实质审查的生效实质审查的生效2015-04-01发明专利申请公布后的驳回发明专利申请公布后的驳回权利要求说明书一种全数字PID控制LED光源驱动器的权利要求说明书内容是....请下载后查看说明书一种全数字PID控制LED光源驱动器的说明书内容是....请下载后查看。
全数字可调光LED恒流驱动电路设计
ｌ 系统整体方案设计
本文针对家用照 明中 Ｌ Ｅ Ｄ进行智 能调光系统 的设计 ，该 系统能够无色偏的驱动 Ｌ Ｅ Ｄ照 明灯 ，并且通 过 Ｐ ＷＭ调制 ， 应 用光信号接 收 、人体感应 和无 线遥控模块 ，使 系统实现 ： 根 据环境光照强度 自动进行灯光 亮度调节功能 ；根据感应人 体 红外 信号 自动进行灯具开关控 制功能 ； 接 收无线遥 控信 号 ； 进 行调光模式切换 ；进行手 动灯 光调节的功能 。
图 ２ 数字式 Ｌ Ｅ Ｄ驱 动电路原 理图 （ ｂ ） （ １ ）Ｅ ＭＩ 滤 波器设计 。Ｅ Ｍ Ｉ 滤波器是抑制 电源线传导 干 扰的重要器件 ，既可抑制来 自电 网的干扰 对电源产生侵 害 ， 又可 以抑制 开关 电源产生并 向电 网反馈 的干扰。本设计采用 的Ｅ Ｍ Ｉ 滤波器是一种 由电容与电感组成 的新型低通滤波器 ， 电路包括共模 电感 Ｔ ，差模滤波 电容 ｃ ， Ｃ ，共模滤波 电容 ｃ ， ，ｃ 滤波 电感 Ｌ ， 。Ｔ对 串模干扰不起作 用 ，但 当出现共
模 干扰时 ，由于两个线 圈的磁通方 向相 同 ，经过耦合后总 电 感量 迅速增大 ，因此对 共模 信号呈现很大 的感 抗 ，使之不易
通过 。
ห้องสมุดไป่ตู้
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１ 人 体 Ｌ 模 ｌ 感 应 ｒ 块 Ｌ
形。
（ ４）变压器设计 。本 文 中变压器 的设计指标 为 ：交流输 入电压 Ｕ ｉ ＝ １ ８ ０ ～ ２ ７ ０ Ｖ， 输 出电压＝ ３ ０ ～ ６ ０ Ｖ输 出电流 Ｉ ｏ ＝ ３ ５ ０ ｍＡ， 开关频率 ｆ ｓ ＝ ９ ３ ． ７ ｋ Ｈ ｚ ，最大 占空 比 Ｄ ｍ ａ ｘ ＜０ ￣ ． ４ ５ 。各参数值如 图 ２所示 。因铁氧体较便宜 ，电阻率 ｐ高 ，磁芯损耗小 ，特
iW3614可控硅调光的数字控制15WLED驱动方案
iW3614可控硅调光的数字控制15WLED驱动方案
LED灯具，具备可控硅调光的高性能离线式电源控制器，它使用先进的数字控制技术检测调光器的类型和相位，通过调整调光器导通角，可改变LED亮度。
iW3614以PWM讯号来调控LED亮度。
其独特的数字控制技术实现了无闪烁调光。
iW3614可应用于所有调光器方案，包括：前切相调光器、后切相调光器以及其他调光器类型，如R型、R-C型或R-L型。
无调光器状态下，控制器会自动检测到无调光器配置。
iW3614工作于准谐振模式，可提高效率。
iW3614内置许多关键性保护功能。
iW3614使用iWatt先进的初级侧检测技术，删除了次级反馈电路后也能获得较好的输入和负载调整率。
同时，由于使用了逐脉冲波形分析，iW3614可提供精确的恒流输出控制。
iW3614在删除了环路补偿元件的同时能保持全部工作条件下的稳定性。
因此，iW3614可减少外部元件数量，简化EMI设计，降低整体材料成本。
iW3614主要特性：
适用于输入100V或230V的隔离或非隔离LED驱动电源
输出功率高达15W
满足谐波及高功率因数要求(通常情况0.94，不带调光器)
交流输入频率范围：45Hz~66Hz
智能化的调光器检测方式
前切相可控硅调光器
后切相调光器
无调光器状态检测
不支持的调光器识别保护
混合模式的调光控制，调幅和PWM调脉宽相结合。
智能可调光LED驱动器的设计
出电 流 可 为 几 ｍ Ａ到高于 １ Ａ 以上 。Ｈ Ｖ ９ ９ １ ０提 供 了 一 个 低
频Ｐ Ｗ Ｍ 调 光 输 入 引脚 ， 可 以 通 过 外 部 脉 宽 可 调 的 Ｐ ＷＭ
信号对 Ｌ Ｅ Ｄ 进 行 调 光 ，调 光 信 号 的 频 率 最 高 可 达 几 Ｋ Ｈ ｚ 。
其封装有两种 ， １ ６脚 及 ８ 脚封 装， 本设计采用 ８ 脚 贴 片封 装 。
制 干 扰 的 有 效 方 法 ，Ｅ ＭＩ 滤 波 器 是 抑 制 电 源 线 传 导 干 扰 的 信 号 自动 进 行 灯 具 开 关 控 制 功 能 ； 接 收 无 线 遥 控 信 号 ， 进 重 要 器 件 ，既 可 抑 制 来 自 电 网 的 干 扰 对 电源 产 生 侵 害 ，又 行调光模式切换 ， 也 可进 行手 动 灯 光调 节 及 手动 开关 控 制 。 可以抑制开关电源产生并向电网反馈的干扰。 系统 的总 体 方 案 如 图 １ 所示 。 开 关 电源 中普 遍 采 用 的 Ｅ ＭＩ 滤 波器 是 一 种 由电 容 与 电
ＥＭＩ 滤 波 电路
电磁 干 扰 主 要 是通 过 电 力 线 传 入 设 备 ， 通 过 电 网传 入 的 干 扰 在 进 入 设 备 后 可 能 严 重 影 响 设 备 的 正 常 工 作 ， 甚 至
恒 流驱动 电路 ； 智 能 控 制 电路 包 含 主 控 制 器 、 光 传 感 器 、 人 体 感 应 模 块 和 无 线 接 收 模 块 。 因 此 ，该 系 统 能 够 无 色 偏 的驱动 Ｌ Ｅ Ｄ 照 明 灯 ，并 且 通 过 Ｐ Ｗ Ｍ 调 制 技 术 ，应 用 光 信 号 接 收 、人 体 感 应 和 无 线 遥 控 等 方 式 ，使 系统 实 现 ： 根 据
ICL8001G可控硅调光LED驱动电路与应用
ICL8001G可控硅调光LED驱动电路与应用1 LED照明与LED可控硅（ TRAIC）调光控制自从1968年第一批LED 开始进入市场以来，至今已有30多年。
随着新材料的开发和LED生产工艺的改进， LED 趋于高亮度化和全色化。
氮化镓基底的蓝色LED的出现，更是扩展了LED 的应用领域。
LED的发光原理就是将电能转换为光的过程，将电流通过化合物半导体，通过电子与空穴的结合，过剩的能量将以光的形式释出，达到发光的效果。
通过LED的正向电流越大则LED 的发光亮度越高，同时，通过LED发光电流的稳定性将影响LED 的发光稳定性。
因此，在实用中应采用可以提供精确稳定电流的LED驱动恒流源来为LED 供电。
LED 的调光可以进一步提高LED 的节能效果，而LED的可控硅（ TRAIC ）调光具有易于实现和使用方便等一系列优点，世界上一些大的半导体集成电路生产和制造公司纷纷推出了LED 可控硅（ TRAIC ）调光控制集成电路，例如：美国国家半导体公司（NS ）推出的LM3445、安森美公司（ Onsemi ）推出的NCL30000、NXP公司推出的SSL2010T 和英飞凌（ Infineon）公司推出的ICL8001G 等可控硅（ TRAIC ）调光控制集成电路， PI公司也推出了基于PI产品的LED可控硅调光解决方案，它们各具特色。
下面介绍英飞凌（ In fineon）公司推出的ICL8001G 可控硅（ TRAIC ）调光控制集成电路的工作原理、特点和典型应用电路。
2 LED可控硅调光控制集成电路ICL8001G的特点ICL8001G是一款工作于准谐振工作模式、用于离线LED照明应用场合的控制集成电路，特别适用于替代白炽灯照明应用的LED可调光应用场合，精密的PWM 控制可确保可靠地用于相位调光控制的初级侧控制电路结构，确保电路功率因数PF值> 98%, 可以显着地改善电路工作效率，使工作效率高达90%。
一种简易的可控硅调光控制器设计方案分享
一种简易的可控硅调光控制器设计方案分享
可控硅调光在平时的生活中是非常常见的，无论是工厂、学校还是医院，都需要用到可控硅调光控制器来把控亮度调整。
今天我们将会分享一种比较建议的可控硅调光控制器设计方案，该方案基于单片机控制设计，调光时间短，设计比较简单，实用性比较强。
硬件部分设计
在这种基于单片机的可控硅调光控制器设计方案中，我们所设计的调光控制器的框图如下图图1所示：
图1 调光控制器框图
可以看到，这种简单的可控硅调光控制器的设计中，主要分为控制、驱动、负载三个部分。
在控制部分的设计中，我们为了便于灵活设计，选择可多次写入的可编程器件，这里选用的是ATMEL的AT89C51单片机。
在驱动部分的设计中，由于要驱动的是交流，所以可以用继电器或光耦+可控硅（晶闸管SCR）来驱动。
可控硅在电路中能够实现交流电的无触点控制，以小电流控制大电流，并且不象继电器那样控制时有火花产生，而且动作快、寿命长、可靠性高。
所以这里选用的是可控硅。
需要注意的是，本电路只能控制白炽灯（纯阻负载）的亮度。
软件部分
由于我们所设计的这种可控硅调光控制器的控制对象是50Hz正弦交流电，因此需要通过光耦取出其过零点的信号（也可以称之为同步信号），将这个信号送至单片机的外中断，单片机每接收到这个同步信号后启动一个延时。
LED五种调光控制方式详解
LED五种调光控制方式详解LED的发光原理同传统照明不同，是靠P-N结发光，同功率的LED光源，因其采用的芯片不同，电流电压参数则不同，故其内部布线结构和电路分布也不同，导致了各生产厂商的光源对调光驱动的要求也不尽相同，因此控制系统和光源电器不匹配也成了行业内的通病，同时LED的多元化也对控制系统也提出了更高的挑战。
如果控制系统和照明设备不配套，可能会造成灯光熄灭或闪烁，并可能对LED的驱动电路和光源造成损坏。
市场上有五种LED照明设备控制方式1，前沿切相（FPC),可控硅调光2，后沿切相（RPC)MOS管调光3，1-10VDC4，DALI(数字可寻址照明接口）5，DMX512（或DMX)1、前沿切相控制调光前沿调光就是采用可控硅电路，从交流相位0开始，输入电压斩波，直到可控硅导通时，才有电压输入。
其原理是调节交流电每个半波的导通角来改变正弦波形，从而改变交流电流的有效值，以此实现调光的目的。
前沿调光器具有调节精度高、效率高、体积小、重量轻、容易远距离操纵等优点，在市场上占主导地，多数厂家的产品都是这种类型调光器。
前沿相位控制调光器一般使用可控硅作为开关器件，所以又称为可控硅调光器在LED照明灯上使用FPC调光器的优点是：调光成本低，与现有线路兼容，无需重新布线。
劣势是FPC调光性能较差，通常导致调光范围缩小，且会导致最低要求负荷都超过单个或少量LED照明灯额定功率。
因为可控硅半控开关的属性,只有开启电流的功能,而不能完全关断电流,即使调至最低依然有弱电流通过,而LED微电流发光的特性,使得用可控硅调光大量存在关断后LED仍然有微弱发光的现象存在,成为目前这种免布线LED调光方式推广的难题。
E-Linker易联专业研发的前沿切相LED调光驱动很好的解决了这个问题,通过驱动电路的“C-TURN OFF”技术优化避免“关不断”和“频闪坏灯”等难题。
匹配E-Linker 易联前切相LED调光驱动的各类灯具可以与其他可控硅调光系统完美匹配,为用户节省了线材及布线工时，解决了可控硅LED调光匹配性及不可关断的混乱格局。
led可控硅调光驱动电源原理
led可控硅调光驱动电源原理
LED可控硅调光驱动电源原理主要基于可控硅（Silicon Controlled Rectifier，
简称SCR）的特性。
可控硅是一种半导体器件，具有三个极：阳极（A）、阴极（C）和控
制极（G）。
在LED驱动电源中，可控硅主要用于调整输出电压以实现LED的调光功能。
可控硅调光原理如下：
1. 当控制极（G）施加正向电压时，可控硅导通，阳极（A）与阴极（C）之间的电压
差减小，从而降低了LED的亮度。
2. 调整控制极（G）的电压大小，可以改变可控硅的导通程度，进而改变LED的亮度。
3. 通过加入阻尼电阻（damping resistor）可以解决可控硅调光与LED兼容性问题。
阻尼电阻在可控硅导通和截止过程中，消耗部分能量，降低LED驱动电路的电压波动，使LED工作更加稳定。
4. 为了实现平滑的调光效果，还可以采用相位补偿电路。
相位补偿电路可以调整可控硅的导通角度，使LED驱动电源输出电压随控制极电压的变化而平滑地调整。
5. 常见的可控硅调光驱动电源设计基于AC-DC电源芯片，如MT7920等。
加入相位补
偿电路和其他相关元件，经过PCB板级实现，验证电路能正常工作。
综上所述，LED可控硅调光驱动电源原理是通过控制可控硅的导通程度，改变输出电压以
实现LED的调光。
在设计过程中，需要考虑阻尼电阻、相位补偿电路等因素，以实现稳定且平滑的调光效果。
MR16 LED可控硅调光驱动器的研究与设计的开题报告
MR16 LED可控硅调光驱动器的研究与设计的开题报告一、研究背景随着能源的日益紧缺和对环境的越来越重视，节能环保成为当今社会的重要发展方向之一。
LED作为一种新兴的绿色光源，具有高效、长寿命、低耗能等特点，被广泛应用于照明和显示领域。
在LED照明领域，常使用MR16 LED灯作为照明源。
MR16 LED灯具有许多优点，比如节能、省电，使用寿命也长等。
但MR16 LED的调光技术目前还处于起步阶段，普通的硅控调光方法对于MR16 LED的调光效果往往不令人满意。
因此，需要设计一种新型的可控硅调光驱动器来解决这个问题。
二、研究内容本课题以MR16 LED调光技术为研究对象，以可控硅为主要调光器件，设计并实现一种新型的MR16 LED可控硅调光驱动器。
具体内容包括：1. MR16 LED灯的调光特点研究和分析，确定调光的需求和目标。
2. 确定可控硅作为主要调光器件，研究可控硅的调光特点、工作原理和调光方法，分析可控硅调光器件的特性和优缺点。
3. 设计可控硅调光电路，选取合适的电路拓扑，确定电路参数，进行电路仿真和优化。
4. 制作电路原型，进行实验测试，对电路性能进行评估和分析。
5. 最终设计一种性能稳定、适用性强的MR16 LED可控硅调光驱动器，达到理想的调光效果和节能效果。
三、研究意义本项目的主要意义在于：1. 推进MR16 LED灯的调光技术发展，提高MR16 LED灯的市场竞争力。
2. 提高LED照明产品的节能效果，推动绿色能源的发展。
3. 对可控硅调光原理及电路设计进行深入研究和探索，提高电路设计和优化能力。
四、研究方法本项目采用以下研究方法：1. 文献资料法：收集和整理有关MR16 LED调光技术、可控硅调光技术及电路设计方面的文献资料，了解相关领域的研究现状。
2. 实验方法：结合理论分析，对所设计的电路进行仿真和优化，制作电路原型进行实验测试，对电路性能进行评估和分析。
3. 计算机辅助设计方法：采用电路设计软件进行电路仿真和优化，提高电路设计的效率和准确性。
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1 系统结构框图 本 设 计 中 HBLED 由 开 关 型 变 换 器 驱 动 ， 采 用 PWM
调 光 方 法 ，LED 驱 动 器 连 接 可 控 硅 调 光 器 ， 如 图 1 所 示 。
可 控 硅 斩 波 后 经 整 流 到 达 flyback 变 压 器 ， 从 而 把 能 量 传 递 到 副 边 给 DC -DC 供 电 。 副 边 MCU 初 始 化 后 ， 进 行 恒流和保护等参数设置，并通过辅助绕组和片内比较器 检测可控硅的导通角，实现恒流、调光和保护等功能。为 使可控硅可靠导通，在整流桥后接入了稳定可控硅导通 电路。 系统具有以下功能：(1)保证可控硅调光器可靠地 导 通 ； (2) 功 率 因 数 在 0.95 以 上 ； (3) 驱 动 器 效 率 在 72% 以 上 ； (4)LED 具 有 恒 流 功 能 ； (5) 具 有 可 控 硅 调 光 功 能 （1% ～100% ） ；(6) 各 种 保 护 功 能 。 2 驱 动 器 设 计[3-4] 2.1 变压器设计
Lp=
10 × 14 × 0 . 148 0.5×100 000
=415 μH
(4)
初 级 电 流 Ip(peak) 计 算 如 下 ：
姨 I = p(peak)
Vbuff × δ1 Lp× fconv
=
2 × Pin Lp× fconv
(5)
则本设计中：
姨 I = p(peak)
2 × 14 0.000 415 ×100 000
匝。 气隙大小计算如下：
姨 姨 Igap=
18 × Ac
9 × 1016× Lp N 1.9
p
-50 × 姨Ac
(9)
经 计 算 本 应 用 中 的 气 隙 大 小 为 837 μm 。
2.1.4 次级绕组匝数
变压器次级的最大间隔时间计算如下：
δ2T =
1- δ1 fconv
=1 4 × ffring
《 电 子 技 术 应 用 》 2011 年 第 37 卷 第 8 期
69
电 源 技 术 与 应 用 Power Supply Technology and Its Application
图 1 系统框图
磁芯等参数可以提高变压器的效率。
2.1.1 计算初级电感
为了保证最优的初级电感，能接受的最小占空比计
Key words ： SCR dimmer ； all-digital control ； constant current drive ； LED
当前，随着节能理念在照明领域的深入，出现了用 LED 和 节 能 灯 直 接 替 代 原 光 源 产 品 中 由 可 控 硅 调 光 器 调光的白炽灯和卤素灯。 可控硅调光器通过斩切交流信 号实现白炽灯和卤素灯调光，主要有前向斩波和后向斩 波两种。 由于白炽灯和卤素灯是电阻性负载，应用可控 硅 实 现 调 光 是 很 便 利 的 一 种 解 决 方 案 。 但 当 LED 和 节 能灯使用原有可控硅调光器进行调光时，会面临很多问 题 。 首 先 ，LED 和 节 能 灯 都 是 非 线 性 高 频 负 载 [1] ， 但 可 控 硅的开关特性不适合这种应用；另外，目前市场上有多 种 可 控 硅 调 光 器 ， 而 能 满 足 全 部 调 光 器 特 性 的 LED 驱 动器存在很多问题。 为此，本文设计了一种数字控制的 可 控 硅 调 光 LED 驱 动 器 [2] 。
An all- digital control solution for SCR dimming driver of LED
Zhang Jie1，Zhang Yi2，Wang Xiaogang1，Wang Jiaqing1
(1 . School of Mechanical and Electric Engineering , Guangzhou University , Guangzhou 510006 ， China ； 2 . Wuhan KaiDi Electric Power Environmental Co. ,Ltd. ,Wuhan 430223 ， China )
全 时 ， 假 导 通 时 ， 导 入 大 负 载
式：
E= 1 2
× Lp× Ip2
(7)
输出功率的范围决定了适合的磁芯类型，本应用选
用 了 E25/13/7 型 磁 芯 。 2.1.3 初级绕组匝数
初级绕组需要在匝数和气隙大小两者之间取得平
衡，以保证应用中变压器不饱和。 考虑本应用的特殊要 求，可依据下式确定匝数。
70 欢迎网上投稿
图 2 稳定可控硅电路
《 电 子 技 术 应 用 》 2011 年 第 37 卷 第 8 期
电 源 技 术 与 应 用 Power Supply Technology and Its Application
保 证 可 控 硅 导 通 。 当 可 控 硅 导 通 后 ， 控 制 Q2 导 通 关 闭 Q3 ， 切 换 到 小 负 载 来 维 持 可 控 硅 导 通 所 需 要 的 维 持 电 流，这样既保证了可控硅导通的维持电流，又尽可能地 降低了假负载的损耗。 2.3 导通角检测
调光以及驱动器对可控硅调光器的兼容性问题。 实验表明，所设计的驱动器能很好地实现调光功能，
具有良好的应用前景。
关 键 词 ： 可 控 硅 调 光 器 ； 全 数 字 控 制 ； 恒 流 驱 动 ；LED
中 图 分 类 号 ： TM923.41
文献标识码： A
文 章 编 号 ： 0258-7998(2011)08-0069-03
工 作 频 率 、输 入/输 出 电 压 、输 入/输 出 功 率 、 输 入 峰 值电流等参数会影响变压器运行，从而造成可控硅的导 通和关断。为保证可控硅调光器正常、可靠地导通，合理 设计变压器非常关键。 此外，优化变压器的尺寸、材料、
* 基 金 项 目 ： 广 东 省 高 校 优 秀 青 年 创 新 人 才 培 育 项 目 资 助 ( LYM09109 )
uPD78F075x 系 列 MCU 集 成 了 硬 件 比 较 器 ， 并 且 其 定时器具有和比较器输出的联动功能，从而实现变频或 定 频 变 占 空 比 的 类 似 硬 件 控 制 ， 为 LED 恒 流 控 制 的 实 现提供了便利。 联动功能具体实现如下：(1)通过配置定 时 器 使 其 具 有 PWM 输 出 功 能 ， 并 且 其 PWM 波 的 输 出 是 根 据 比 较 器 的 输 出 结 果 来 改 变 PWM 的 频 率 或 占 空 比 。 (2) 可 通 过 设 置 MCU 中 的 两 个 定 时 器 进 行 逻 辑 关 联 ， 使 得 其 中 一 个 定 时 器 输 出 的 PWM 受 另 一 个 定 时 器 的 输 出 的 控 制 ， 这 样 就 无 需 另 外 单 独 输 出 PWM 进 行 调 光 ， 可 以 利 用 此 功 能 在 MCU 内 部 控 制 主 PWM 而 使 得 整 个 DC DC 部 分 工 作 或 不 工 作 实 现 数 字 调 光 功 能 。 本 系 统 充 分 利用以上两项功能，通过软硬件对导通角的快速、可靠 地判断，再将导通角信号转化为调光信号实现可控硅调 光功能。 图 3、图 4 分别为主程序流程图和导通角判断 的程序流程图。 3 实验结果
算如下：
δ1=
2 × RDSon× Pin2
V2 buff
×
Psw
(1)
式 中 ， δ1 是 可 接 受 的 最 小 占 空 比 ， Psw 是 MOSFET 内 部 损
耗 功 率 ， RDSon 是 MOSFET 的 导 通 电 阻 ， Vbuff 是 等 效 平 均 电
压。
本 应 用 中 ，导 通 电 阻 RDSon 典 型 值 为 10 Ω，Pin 为 14 W，
为了使驱动器稳定工作，快速、可靠地检测可控硅 的导通角非常重要。 本驱动器通过软硬件结合的方式来 实现导通角检测， 把整流电路后的滤波大电容去掉，使 得整个驱动器会有 0.9 以上的功率因数 ，使整流后的电 压波形保持馒头波波形，由此反激变换器辅助绕组上的 波 形 也 保 持 相 应 的 馒 头 波 波 形 ， 从 而 可 以 利 用 MCU 内 置的比较器进行电压比较。 比较器输出的上升沿触发 MCU 片 内 定 时 器 进 行 计 时 ， 其 下 降 沿 则 使 得 定 时 器 停 止计时，然后程序对计时结果进行软件滤波处理，再转 化 为 对 应 的 PWM 调 光 信 号 ， 最 终 快 速 有 效 地 判 断 出 可 控硅的导通角并实现调光功能。 2.4 程序架构
2. 武 汉 凯 迪 电 力 环 保 有 限 公 司 ， 湖 北 武 汉 430223 ）
摘 要 ： 根 据 高 亮 LED 特 点 ， 结 合 可 控 硅 的 斩 波 原 理 ， 提 出 一 种 运 用 FLYBACK 和 DC -DC 相 结 合
的 两 级 拓 扑 结 构 、 采 用 MCU 进 行 全 数 字 控 制 的 调 光 驱 动 方 案 ， 解 决 了 应 用 可 控 硅 调 光 器 对 LED 进 行
=0.821 A
(6)
2.1.2 磁芯选择
磁芯尺寸是通过需要存储在变压器和气息磁场中
的最大能量所决定的。 变压器中所能存储的能量如下
Np=
1 22
×
姨Lp × Ip Bmax× Ac
(8)
设 计 中 有 以 下 参 数 ： Lp =415 μH ， Ip =0. 821 A ， Bmax =
275 mT ，Ac=39.5 mm2， 则 经 式 (8) 计 算 得 出 初 级 匝 数 为 70
Abstract ： By analysing the characteristic of HBLED , the article proposed a solution by using all -digital control driver method simultaneously solved the problem of using SCR dimmer in LED dimming, and the designed driver using the method can be compatible with SCR dimmers in the market. The experiments validate the correctness and superiority of this all -digital control solution, it has a good application prospects.
调 光 方 法 ，LED 驱 动 器 连 接 可 控 硅 调 光 器 ， 如 图 1 所 示 。
可 控 硅 斩 波 后 经 整 流 到 达 flyback 变 压 器 ， 从 而 把 能 量 传 递 到 副 边 给 DC -DC 供 电 。 副 边 MCU 初 始 化 后 ， 进 行 恒流和保护等参数设置，并通过辅助绕组和片内比较器 检测可控硅的导通角，实现恒流、调光和保护等功能。为 使可控硅可靠导通，在整流桥后接入了稳定可控硅导通 电路。 系统具有以下功能：(1)保证可控硅调光器可靠地 导 通 ； (2) 功 率 因 数 在 0.95 以 上 ； (3) 驱 动 器 效 率 在 72% 以 上 ； (4)LED 具 有 恒 流 功 能 ； (5) 具 有 可 控 硅 调 光 功 能 （1% ～100% ） ；(6) 各 种 保 护 功 能 。 2 驱 动 器 设 计[3-4] 2.1 变压器设计
Lp=
10 × 14 × 0 . 148 0.5×100 000
=415 μH
(4)
初 级 电 流 Ip(peak) 计 算 如 下 ：
姨 I = p(peak)
Vbuff × δ1 Lp× fconv
=
2 × Pin Lp× fconv
(5)
则本设计中：
姨 I = p(peak)
2 × 14 0.000 415 ×100 000
匝。 气隙大小计算如下：
姨 姨 Igap=
18 × Ac
9 × 1016× Lp N 1.9
p
-50 × 姨Ac
(9)
经 计 算 本 应 用 中 的 气 隙 大 小 为 837 μm 。
2.1.4 次级绕组匝数
变压器次级的最大间隔时间计算如下：
δ2T =
1- δ1 fconv
=1 4 × ffring
《 电 子 技 术 应 用 》 2011 年 第 37 卷 第 8 期
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电 源 技 术 与 应 用 Power Supply Technology and Its Application
图 1 系统框图
磁芯等参数可以提高变压器的效率。
2.1.1 计算初级电感
为了保证最优的初级电感，能接受的最小占空比计
Key words ： SCR dimmer ； all-digital control ； constant current drive ； LED
当前，随着节能理念在照明领域的深入，出现了用 LED 和 节 能 灯 直 接 替 代 原 光 源 产 品 中 由 可 控 硅 调 光 器 调光的白炽灯和卤素灯。 可控硅调光器通过斩切交流信 号实现白炽灯和卤素灯调光，主要有前向斩波和后向斩 波两种。 由于白炽灯和卤素灯是电阻性负载，应用可控 硅 实 现 调 光 是 很 便 利 的 一 种 解 决 方 案 。 但 当 LED 和 节 能灯使用原有可控硅调光器进行调光时，会面临很多问 题 。 首 先 ，LED 和 节 能 灯 都 是 非 线 性 高 频 负 载 [1] ， 但 可 控 硅的开关特性不适合这种应用；另外，目前市场上有多 种 可 控 硅 调 光 器 ， 而 能 满 足 全 部 调 光 器 特 性 的 LED 驱 动器存在很多问题。 为此，本文设计了一种数字控制的 可 控 硅 调 光 LED 驱 动 器 [2] 。
An all- digital control solution for SCR dimming driver of LED
Zhang Jie1，Zhang Yi2，Wang Xiaogang1，Wang Jiaqing1
(1 . School of Mechanical and Electric Engineering , Guangzhou University , Guangzhou 510006 ， China ； 2 . Wuhan KaiDi Electric Power Environmental Co. ,Ltd. ,Wuhan 430223 ， China )
全 时 ， 假 导 通 时 ， 导 入 大 负 载
式：
E= 1 2
× Lp× Ip2
(7)
输出功率的范围决定了适合的磁芯类型，本应用选
用 了 E25/13/7 型 磁 芯 。 2.1.3 初级绕组匝数
初级绕组需要在匝数和气隙大小两者之间取得平
衡，以保证应用中变压器不饱和。 考虑本应用的特殊要 求，可依据下式确定匝数。
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图 2 稳定可控硅电路
《 电 子 技 术 应 用 》 2011 年 第 37 卷 第 8 期
电 源 技 术 与 应 用 Power Supply Technology and Its Application
保 证 可 控 硅 导 通 。 当 可 控 硅 导 通 后 ， 控 制 Q2 导 通 关 闭 Q3 ， 切 换 到 小 负 载 来 维 持 可 控 硅 导 通 所 需 要 的 维 持 电 流，这样既保证了可控硅导通的维持电流，又尽可能地 降低了假负载的损耗。 2.3 导通角检测
调光以及驱动器对可控硅调光器的兼容性问题。 实验表明，所设计的驱动器能很好地实现调光功能，
具有良好的应用前景。
关 键 词 ： 可 控 硅 调 光 器 ； 全 数 字 控 制 ； 恒 流 驱 动 ；LED
中 图 分 类 号 ： TM923.41
文献标识码： A
文 章 编 号 ： 0258-7998(2011)08-0069-03
工 作 频 率 、输 入/输 出 电 压 、输 入/输 出 功 率 、 输 入 峰 值电流等参数会影响变压器运行，从而造成可控硅的导 通和关断。为保证可控硅调光器正常、可靠地导通，合理 设计变压器非常关键。 此外，优化变压器的尺寸、材料、
* 基 金 项 目 ： 广 东 省 高 校 优 秀 青 年 创 新 人 才 培 育 项 目 资 助 ( LYM09109 )
uPD78F075x 系 列 MCU 集 成 了 硬 件 比 较 器 ， 并 且 其 定时器具有和比较器输出的联动功能，从而实现变频或 定 频 变 占 空 比 的 类 似 硬 件 控 制 ， 为 LED 恒 流 控 制 的 实 现提供了便利。 联动功能具体实现如下：(1)通过配置定 时 器 使 其 具 有 PWM 输 出 功 能 ， 并 且 其 PWM 波 的 输 出 是 根 据 比 较 器 的 输 出 结 果 来 改 变 PWM 的 频 率 或 占 空 比 。 (2) 可 通 过 设 置 MCU 中 的 两 个 定 时 器 进 行 逻 辑 关 联 ， 使 得 其 中 一 个 定 时 器 输 出 的 PWM 受 另 一 个 定 时 器 的 输 出 的 控 制 ， 这 样 就 无 需 另 外 单 独 输 出 PWM 进 行 调 光 ， 可 以 利 用 此 功 能 在 MCU 内 部 控 制 主 PWM 而 使 得 整 个 DC DC 部 分 工 作 或 不 工 作 实 现 数 字 调 光 功 能 。 本 系 统 充 分 利用以上两项功能，通过软硬件对导通角的快速、可靠 地判断，再将导通角信号转化为调光信号实现可控硅调 光功能。 图 3、图 4 分别为主程序流程图和导通角判断 的程序流程图。 3 实验结果
算如下：
δ1=
2 × RDSon× Pin2
V2 buff
×
Psw
(1)
式 中 ， δ1 是 可 接 受 的 最 小 占 空 比 ， Psw 是 MOSFET 内 部 损
耗 功 率 ， RDSon 是 MOSFET 的 导 通 电 阻 ， Vbuff 是 等 效 平 均 电
压。
本 应 用 中 ，导 通 电 阻 RDSon 典 型 值 为 10 Ω，Pin 为 14 W，
为了使驱动器稳定工作，快速、可靠地检测可控硅 的导通角非常重要。 本驱动器通过软硬件结合的方式来 实现导通角检测， 把整流电路后的滤波大电容去掉，使 得整个驱动器会有 0.9 以上的功率因数 ，使整流后的电 压波形保持馒头波波形，由此反激变换器辅助绕组上的 波 形 也 保 持 相 应 的 馒 头 波 波 形 ， 从 而 可 以 利 用 MCU 内 置的比较器进行电压比较。 比较器输出的上升沿触发 MCU 片 内 定 时 器 进 行 计 时 ， 其 下 降 沿 则 使 得 定 时 器 停 止计时，然后程序对计时结果进行软件滤波处理，再转 化 为 对 应 的 PWM 调 光 信 号 ， 最 终 快 速 有 效 地 判 断 出 可 控硅的导通角并实现调光功能。 2.4 程序架构
2. 武 汉 凯 迪 电 力 环 保 有 限 公 司 ， 湖 北 武 汉 430223 ）
摘 要 ： 根 据 高 亮 LED 特 点 ， 结 合 可 控 硅 的 斩 波 原 理 ， 提 出 一 种 运 用 FLYBACK 和 DC -DC 相 结 合
的 两 级 拓 扑 结 构 、 采 用 MCU 进 行 全 数 字 控 制 的 调 光 驱 动 方 案 ， 解 决 了 应 用 可 控 硅 调 光 器 对 LED 进 行
=0.821 A
(6)
2.1.2 磁芯选择
磁芯尺寸是通过需要存储在变压器和气息磁场中
的最大能量所决定的。 变压器中所能存储的能量如下
Np=
1 22
×
姨Lp × Ip Bmax× Ac
(8)
设 计 中 有 以 下 参 数 ： Lp =415 μH ， Ip =0. 821 A ， Bmax =
275 mT ，Ac=39.5 mm2， 则 经 式 (8) 计 算 得 出 初 级 匝 数 为 70
Abstract ： By analysing the characteristic of HBLED , the article proposed a solution by using all -digital control driver method simultaneously solved the problem of using SCR dimmer in LED dimming, and the designed driver using the method can be compatible with SCR dimmers in the market. The experiments validate the correctness and superiority of this all -digital control solution, it has a good application prospects.