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毛紹祺:通過適當的驅動設計消除LED頻閃

放大字體  縮小字體 發布日期:2013-11-13 來源:中國半導體照明網瀏覽次數:63

目前,行業對于光的環境在人的感覺方面要求越來越高,從驅動方面業內也在努力將光的質量進行提升。

來自英飛特電子(杭州)有限公司的市場總監毛紹祺先生對于通過適當的驅動設計消除LED頻閃的方法進行了介紹。毛先生首先對頻閃的概念進行了闡釋,這里所說的閃爍不是通常所見的不穩定的、人眼能夠分辨的閃爍,這一類閃爍一般是在100 Hz以下,在老式攝像機的CRT顯示器上可以看到類似的閃爍。而毛先生談到的是交流電網在經過整流之后,比如50 Hz、60 Hz的交流電網在整流之后所產生120 Hz的閃爍,通常人眼是無法看到的,只有高幀速的攝像機或照相機才能捕捉到,這類被稱為頻閃,或功頻的閃爍。


英飛特電子(杭州)有限公司的市場總監毛紹祺先生

頻閃主要會對人產生兩方面的影響,第一是對人的視網膜的損害,頻率范圍一般在100~165 Hz內。通常100 Hz以下的頻率人眼可見,而165 Hz以上的一般對人體不會造成損害。第二是頻閃可能會間接導致癲癇,還有可能會引起頭痛、駕駛中的不適等。對于頻閃要求較高的環境包括馬路、運動場、體育館、舞臺及需要工礦燈作業的工業環境等。例如,在馬路上,頻閃會讓司機有很不適的感覺,甚至產生眩暈感,帶來較大的安全和健康隱患。

我們需要通過合理的驅動器的設置來消除頻閃。只要使驅動的電流接近比較平穩的一個值,就可以期望光輸出是一個較為平穩的值。驅動有很多種方法,首當其沖就是通過被動的PFC器件再加上DCDC來做驅動。傳統的被動鎮流PFC再加上隔離的DCDC的方案頻閃很小,前面的填補鎮流完畢之后,其輸入紋波對于DCDC來說已經很小了。PFC是一個被動的填補式的鎮流,PF值并不是很理想,但如果想要較好的PF值,則需要犧牲一定的效率,需要增加較大的電阻,這一方案應用于低功率的燈具效果較為理想,當功率大于10W、20W后,便出現了諧波的問題,也很難實現較好的PF值。

單極主動式功率因數校正最大的問題就是輸出電流的紋波比較大,這種紋波與PF值在物理上是矛盾的,很難做到兩全齊美。在出現這一問題時,人們可能會考慮再加一極,有兩種方式:第一種是最為傳統也是用得最多的,就是在后面加一個Buck,可以顯而易見地起到消除紋波的作用,前極所產生的低頻紋波能夠很容易被消除。但這一方案的價格比較高,一個Buck的價格約在1美元左右,1美元成本的增加對于室內電源驅動解決方案來說是很大的成本增加,在設計中必須在成本和性能之間找到折中點。

如果采用紋波抑制器等線性器件,其成本會比Buck低很多,能夠同時實現較為理想的PF值和紋波。紋波抑制器能夠采集前極的紋波,通過調節MOS管上的電壓來實現紋波的下降,或者通過輸出的阻抗匹配,使輸出的LED負載看起來不再像LED負載,而是看上去像一個理想的電阻,改變了LED負載的整體特性。當負載是一個理想的電阻時,則能夠得到較為理想的PF值和紋波。

從設計復雜性來說,被動器件加DCDC再加單極PFC是最簡單的,元件數也相對較少,成本較低,但效率最高。其問題在于輸入范圍較窄,目前很多燈具都采用100V~240V的輸入范圍,北美則采用更寬的100V~277V的輸入范圍,在這些情況下這種方案基本無法解決頻閃問題。PF值是在未來的燈具設計中永遠無法擺脫的考慮因素,越來越多的能效規范和標準均會要求PF值在0.9以上,這在全世界各地都是通用的。

對于未來的燈具設計,人們確實越來越開始關注燈具對人的健康的影響。未來可能大家談論的不再是光效如何等問題,而是有關頻閃、紋波、調光等相關的問題。這對于驅動電源設計廠商來說也提出了非常大的挑戰。解決這一問題有著不同的方案,不同的設計人員會有不同的選擇和考慮。

 
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