变光LED驱动器的光输出稳定性问题解决方案

本文不讨论双向晶闸管的变光技术，因为低光量不稳定性是因为不同的机制造成的，使用通信技术设定LED电流的变光方法包括DALI、0-10V、Zigbee和电力线载波控制。

LED驱动器端收到一个信号，并用其设置参考电流，同时控制环路调整LED电流，使其符合参考电流。只有控制精度很高，才能确保相邻灯具的亮度相同。低光量时出现的闪烁和弱光现象令设计人员困惑不解。

单级功率因数校正

如果使用两级功率转换器，就再出现低光量不稳定现象。第一级(升压或PFC-反激式)建立较稳定的电压，第二级(通常是降压逆变)精密调节LED内的电流。因为需要使用更多的元器件，双级解决方案的能效不如单级转换器好。出成本考虑，LED厂商通常选用单级PFC-反激式转换器。

问题

变光应至少在20区间内，提供这个光量范围，白炽灯没有任何问题，在低光功率时，白炽灯的能效大幅降低，20光量区间所需的功率范围比较窄。如果提供40%的电压或电流，光输出将会降到大约1%.市场期望LED解决这个难题。

LED的线性响应比白炽灯好很多，在低电流时，能效反而更高。人眼可辨别相邻光源之间5%的差异度，只对以百分比表示的差异度反应，而绝对光量不会引起人眼反应。这需要严密控制电流，在低光量时，控制精度要求更高。如果需要调节到全输出的1%,则不能使用一次侧控制。

与白炽灯不同，LED没有自过滤机制。白炽灯灯丝的热容量是一个很好的交流滤波器，而LED则需要外置滤波电路。常用解决方案是直接在LED上连接一个大型电解电容，而且滤波效果良好。

电解电容的容量根据光纹波的要求来确定。如果纹波电流小于10%rms(大约28%p-p)，人眼感觉光线质量与纯直流一样。(此外，如果纹波电流高于10%,能源之星标志要求在灯上做出声明。)

LED有一个动态电阻(斜率电阻)，其大小为视在V/I电阻的1/10左右。图2所示是典型LED的V-I曲线。

因此，如果纹波电流小于10%RMS,电容必须将LED上的电压控制在1%以内。所需的数值是：

不幸的是，电容还是控制环路的一部分。电容和LED动态电阻将控制环路极点设为大约30Hz.因此，在这个频率上，电容增加45度相位滞后，使环路增益降低6dB.我们稍后讨论这个问题。下图详细描述了仅因为LED控制环极性点而起的增益和相移。

注意，LED的动态阻抗随着电流降低而升高。不幸地是，这使得控制环极点移至左侧。在10%电流时，转折频率大约3Hz.在1%电流时，转折频率约为0.3Hz.注意，对于PFC级，典型控制环路有一个3Hz到20Hz的交叉频率。