全数字控制可控硅调光LED驱动的原理与方案

，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]。
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。

    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。
 

    2.3 导通角检测
    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
    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。