LED照明是一種主流技術。 LED手電筒，交通信號燈和車燈是司空見慣的，并且正在推動以電源供電的住宅，商業和工業應用中取代白熾燈和熒光燈。轉向高能效LED照明所節省的能源簡直令人咋舌。僅在中國，當局估計將該國三分之一的照明市場轉移到LED將節省至少1億千瓦時的電力，每年減少二氧化碳排放量2900萬噸。然而，有一個障礙 - 控制輸出沒有閃爍是困難的，特別是在照明等應用中，無論是國內還是城市。

白熾燈使用簡單，低成本，領先的基于TRIAC的調光器，相對容易調光。 TRIAC是一種電子開關，允許小的控制電壓和電流切換非常高的電壓，如照明控制系統。結果，這些調光器無處不在。為了使固態照明或基于LED的改型燈真正成功，它們必須能夠在與現有控制器和布線一起使用時變暗。

嘗試調暗LED燈遇到了許多問題，經常導致閃爍和其他不良行為。要了解原因，首先要解釋TRIAC控制器的工作原理，然后考慮LED燈的技術，最后看看這兩者是如何相互作用的。

圖1：典型的前沿TRIAC調光器及其產生的電壓和電流波形。 （來源：Power Integrations）。

在典型的TRIAC控制器中（見圖1），電位器R2用于調節TRIAC的相角，當VC2超過DIAC的擊穿電壓時，TRIAC會在每個主要交流電壓邊沿觸發。當TRIAC電流低于其保持電流（IH）時，TRIAC關閉，必須等到C2在下一個半周期再充電才能再次打開。施加在燈絲上的電壓和通過燈絲的電流是調光信號的相位角的函數，其可以從幾乎為零到180°變化。

用于取代標準白熾燈泡的LED燈通常包含LED陣列，其布置成提供均勻的光擴散。 LED串聯連接。每個LED的亮度是通過它的電流的函數，LED的正向壓降通常約為3.4 V，但可以在2.8 V到4.2 V之間變化.LED串應由恒流驅動電源必須嚴格控制，以確保相鄰燈之間的匹配。

對于可調光的LED燈，燈的電源必須解釋TRIAC控制器的可變相角輸出，以單調調節LED的恒流驅動。在保持調光器正常工作的同時實現這一點的困難可能導致性能不佳。調節亮度時，問題可能顯示為閃爍，啟動緩慢，照明不均勻或閃爍。還存在單元到單元不一致以及從燈發出的不希望的可聽噪聲的問題。這些影響通常是由錯誤觸發或過早關閉TRIAC和LED電流控制不當引起的。錯誤觸發的根本原因是當TRIAC觸發時的當前振鈴。圖2說明了這種效果。

圖2.在LED燈電源輸入端看到的TRIAC電流和電壓振鈴。 （來源：Power Integrations）。

當TRIAC點火時，此時的交流電源電壓幾乎瞬間施加到LED燈電源的LC輸入濾波器。施加到電感的電壓階躍導致振鈴。如果在此振鈴期間通過調光器的電流低于TRIAC觸發電流，則TRIAC停止導通。然后，TRIAC觸發電路重新充電并重新點亮調光器。這種錯誤的多個TRIAC重啟會在LED燈中引起不期望的可聽噪聲和閃爍。較不復雜的輸入EMI濾波器有助于減少這種不良振鈴。為了成功調光，輸入EMI濾波電感和電容盡可能小是至關重要的。

振鈴的最壞情況是90°相位角（當輸入電壓處于正弦波峰值時，突然施加到LED燈的輸入端）和高壓線路電壓（當調光器正向電流最?。?。當需要深度調光（相角接近180°）和低線路電源電壓時，可能會發生過早關斷。

為了實現低至低電平的可靠調光，TRIAC必須單調開啟并保持接近交流電壓降至零的程度。對于TRIAC，維持傳導所需的保持電流通常在8mA至40mA的范圍內。對于白熾燈，這種電流易于維護，但是LED燈的功耗不到同等白熾燈功率的10％，電流很容易低于TRIAC的保持電流，導致器件過早關斷。這也可能導致閃爍和/或限制可調光范圍。

在設計LED照明電源時，許多其他問題也面臨挑戰。對于商業和工業應用，固態燈具的能源之星 2 規格要求最小功率因數為0.9。必須滿足對效率，輸出電流容差和EMI的嚴格要求，并且在LED負載短路或開路的情況下，電源必須安全響應。

Power Integrations（PI）最近的技術/產品開發提供了一個很好的例子，說明如何應對驅動LED和TRIAC兼容性的挑戰。圖3是PI開發的TRIAC可調光14 W LED驅動器的原理圖。

圖3.隔離式TRIAC可調光高功率因數通用輸入14 W LED驅動器的原理圖。 （來源：Power Integrations）。

該電路基于Power Integrations的LinkSwitch-PH?系列器件LNK406EG（U1）。 LinkSwitch-PH系列LED驅動器IC在單片IC中集成了725 V功率MOSFET和連續導通模式，初級側PWM控制器。控制器在單級中實現有源功率因數校正和恒定電流輸出。 LinkSwitch-PH系列器件使用的初級側控制技術提供高度精確的恒流控制，無需光耦合器和支持電路，通常用于實現次級側控制電路的隔離式反激式電源，而控制器的PFC部分消除了電解大容量電容器。

LinkSwitch-PH系列器件可設置為調光或非調光模式。對于TRIAC相位調光應用，參考引腳上使用編程電阻（R4），電壓監控引腳上使用4MΩ（R2 + R3），以提供輸入電壓和輸出電流之間的線性關系，從而最大化調光范圍。

連續導通模式有兩個主要優點：降低傳導損耗（因此效率更高）和更低的EMI特征，可以通過更小的輸入EMI濾波器滿足EMI標準。 LinkSwitch-PH系列器件中內置的高壓功率MOSFET開關頻率抖動進一步降低了濾波要求。較小的輸入EMI濾波器為驅動電路提供較低的無功阻抗，提供顯著降低輸入電流振鈴的關鍵優勢。由于LinkSwitch-PH由其自身的內部參考電源供電，因此穩定性得到進一步提高。對于可調光應用，增加有源阻尼器和泄放電路可確保在極寬的調光范圍內實現穩定，無閃爍的操作。恒定電流控制可實現±25％的電壓擺幅，無需將LED用于正向壓降，±5％的差異可確保LED亮度一致。

14 W LED設計實現了與標準前沿TRIAC AC調光器兼容的目標，非常寬的調光范圍（1000：1，500 mA：0.5 mA），高效率（》 85％）和高功率因數（ 》 0.9）。這表明可以克服與LED燈的TRIAC調光相關的問題，甚至可以直接設計具有一致且可靠性能的成本有效的可調光LED燈的驅動器。

圖4：LinkSwitch-PH簡化了LED驅動器的實現，需要結合大于0.9的功率因數，TRIAC調光和高效率。

電源管理 3

無意中閃爍的燈光會導致不適。長時間接觸會導致頭痛，頭暈，其他不適和視力表現受損?？梢姷拈W爍 - 通常發生在3到70赫茲之間 - 已經在各種研究中顯示出對人類的不利影響比“隱形”閃爍 4 。對于人們在相當長一段時間內停留的區域（如辦公室，學校和醫院）的照明，確保所有光源都沒有明顯的閃爍是至關重要的。

與頻率一樣，調制深度是影響感知閃爍水平的另一個因素。 ［調制深度定義為（Lmax-Lmin）/（Lmax + Lmin），其中L是亮度］。根據Wilkins等人1989年的一項研究，調制深度越低，效果越小。 4 ，顯示已知在100 Hz時引起熒光照射頭痛的峰谷調制深度約為35％。

LED照明組件是電流驅動的設備，與傳統的光源（如基于金屬鹵化物的燈）不同，它們本身不會閃爍，這些燈往往會在使用壽命結束時閃爍。然而，可以通過LED驅動器或電源的特性引入閃爍。開關模式電源（SMPS）的輸出可能包含低頻諧波電流和高頻噪聲/紋波。大的波紋和不一致的紋波電流將導致閃爍的光線。

對于SMPS中廣泛使用的單個有源功率因數校正拓撲，為了保持低諧波失真，功率反饋環路的響應必須很慢。然而，這也會導致光閃爍，因此需要負反饋電路來消除這些信號。 SMPS的穩定性取決于閉環增益和負反饋電路設計的相位裕度。

通過光電耦合器將運算放大器反饋到功率因數校正電路，可以形成合適的負反饋電路，以控制MOSFET的導通時間，如下面的圖5所示。如果負載電流增加，MOSFET的導通時間將調整，以在整個操作周期內實現一致的輸出電壓。正如我們已經指出的那樣，確保低調制深度和更高的調制頻率有助于最小化閃爍對人眼的感知效果。

圖5：電流更平滑 - SMPS的負反饋電路，由運算放大器通過光耦合器反饋到功率因數校正電路，以控制MOSFET的導通時間。 （來源：Avago Technologies）。

在今天的照明市場中，由于上述舒適性和操作性原因，各種來源消除可見閃爍的壓力遠高于隱形閃爍。因此，具有最小化閃爍的適當設計的LED燈具是替代熒光燈以向消費者提供更高質量的照明體驗的合適解決方案。

帶鎮流器的熒光燈管工作電源頻率的兩倍（通常為100 Hz或120 Hz）。然而，隨著這種燈老化，在一個電流方向上發生的閃光可能不等于在另一個方向上發生的閃光，因此燈可能在電源頻率下與驅動器部件明顯地閃爍。

Avago Technologies全球產品營銷經理Kee Yean Ng評論說：“我們的觀點是，如今設計精良的燈具閃爍不是問題。根據我們使用Avago燈具的經驗，我們沒有遇到任何有這個問題的客戶。“

圖6：Avago的Power LED光源1 W琥珀色，基于AlInGaP，是無閃爍燈具中的典型部件。

電源至關重要

Cree位于北卡羅來納州達勒姆的銷售開發經理和合作伙伴計劃負責人David Cox認為，閃爍和輸出變化的許多問題與LED設計本身沒什么關系。相反，問題可能在于到達燈的電流質量。

“人們可以感知到的問題源于當前的質量和電源以及我們如何將提供給LED的能量轉化為光，”考克斯說。 Cree的X-Lamp系列是一款優秀的照明級LED，這意味著不僅僅是高功率輸出，這是一整套白色（和彩色）LED，可提供經過驗證的白點穩定性，L70壽命高達50，000小時，至關重要的是，電隔離的熱路徑。

此系列專門設計用于確保照明應用的一致輸出，如戶外照明，便攜式和個人照明，室內筒燈，零售展示照明，建筑，交通甚至應急車輛照明。

Cox引用了另一個使用示例，其中X-Lamp為Cree的家庭狀態中出色的客戶類型提供無閃爍性能：“我們的一位客戶生產了一種用于照明應用的燈具。電影業和高速攝像機應用中沒有明顯的閃爍?！?/p>

燈具開發人員需要使用專門為照明應用設計的照明級或更高功率的LED，而不是任何非專門設計的高亮度LED照明設備中的照明應用。提供LED的選擇是明智的，因為任何閃爍都將與LED本身無關并且僅由電源和控制方法引起。

“Cree的功率LED專為照明而設計”，Cox說。 “它們是DC-in產品，但如果將它們連接到電源調節器，則可以連接到AC。所以實際上你正在調節電源以產生光。減少閃爍的另一個好方法是使用優質LED驅動器或非調光電源滑塊。“