谐振控制开辟了一条新路！如何更好地驱动LED灯串？
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工程师们都很清楚，在机械和电气系统中，以谐振或接近谐振运作时，功率和频率之间存在至关重要的关系(图1)。有时谐振是一件坏事，假如太多的能量进入单模状态，可能会破坏系统。但谐振也可以是好的。谐振通常用于调节频率，通过保持足够的功率来保持系统以谐振频率振荡(例如，机械和电气时钟)。可能很多人不知道，谐振可以用来调节功率，可以将功率调节到可变载荷的可变尺寸阵列。举个例子，这可以应用于诸如LED的照明阵列，以实现固态照明(SSL)系统的成本效益和可靠性。
图1.该曲线图描绘的是典型谐振(中心频率30kHz和带宽20kHz)的归一化功率。注意，线路频率无重叠。 LED应用特别有趣，因为LED在照明应用中的经济意义越来越大，并且也是由于常规DC驱动器存在成本和可靠性问题。LED是固有的低电压DC设备，在某些工作点上，电流-电压(I-V)曲线非常陡峭。虽然可以使用恒压源来驱动LED，但实际上大多数设计人员采用恒流DC驱动器设计。为了更接近在典型配电水平(例如120/240VAC)下工作，灯具通常配置许多LED灯串。这些LED必须紧密匹配，因为每个LED的光输出与流过灯串的电流成比例。单个LED的故障(例如短路或接线故障)可能导致整个灯串的故障。 分布式电抗元件 使用谐振来控制LED阵列的功率，克服了ACLED驱动器的这些缺点。在最简单的情况下，谐振可用来控制单个负载的功率。VerdiSemiconductor公司有效利用了谐振，制作出了适合于LED灯串的部件少、效率高的电流驱动器。 但是，一个更强大的方法是将电抗器件分布在阵列之间。以这种方式，不仅可以控制照明元件的整体功率，而且在大型网络中，也可以不需要添加半导体器件来单独调节子网络。分布式电抗元件以高效率和低成本实现强大的新型控制能力。通常，电抗元件可以是电容器或电感器。在千赫兹到兆赫兹频率间(或甚至千兆赫兹的频率，如果需要的话)，适合的组件非常小且便宜，并且可以作为分立器件或片上器件来实现。具体来说，我们假定电容器分布在整个网络中，并且使用较少数量的分立电感器，但是也可以制造出低成本的电感器的设计。 添加串联和并联的电抗元件(电容器和/或电感器)可以开辟一种全新的功率控制方法。电抗元件可以形成一条谐振回路，其中主要耗散机制是LED的电阻负载。同时，接近于无损的电抗可以代替耗能的电阻，这些电阻在最简单的直流LED驱动电路中通常用作电流调节器。 单元与阵列 想象一下，一个照明网络由一组照明单元组成，每个单元包含有一个或多个照明元件，例如一对阳极连接阴极的LED，以及串联和并联电容的。拓扑结构有许多变化，但是图2展示了一个基本的照明单元设计。任何数量的这种单元以及实际的混合拓扑的单元，可以以串联和/或并联连接，形成由电抗串组成的谐振网络。更概括地说，我们将电抗串组成的网络称为“固态照明电抗串”(RSSL)。
图2.电路显示两个电抗串单元 例如，在图3中，一个储能电路由10个电抗串组成。假设所有的LED都是相同类型的，并且所有的电容器具有相同的值C。每个单元的总电容为2C。灯串的总电容为C/5。谐振频率为√(5LC)。一个单元的电抗是1/2ωC。只要X?R，其中R是LED的实际电阻，则电抗串则表现为纯电抗，这相当于要求使用谐振电路阻尼不足，Q?1。
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