FL7730应用：TRIAC调光LED驱动器设计指南(独家收录）

引言

LED照明是一种理想的照明光源，可以取代传统的照明系统，例如荧光灯和白炽灯。特别是在传统的TRIAC调光灯体系中，已经投入了大量的研究，试图开发一种兼容TRIAC调光器的LED灯泡。因为白炽灯光源消耗功率大，而且寿命短，所以LED灯泡便成为其理想的替代品，具有功耗非常低、寿命非常长等优势。

对于TRIAC调光LED灯泡，目前最大的问题在于调光器的兼容性。传统TRIAC调光器的原始设计是要处理数百瓦白炽灯泡消耗的功率。消耗功率小于20W的LED灯泡，会和采用由大功率开关器件构成的调光器产生相互影响。如果调光器和LED灯泡的相互影响不稳定，会出现可见闪烁。

为了防止闪烁，需要考虑一些特别的要求。TRIAC调光器需要在TRIAC触发后能够擎住电流，且在触发后的导通期间能够维持电流。如果不能满足这两种电流， TRIAC调光器会出现误触发和LED照明闪烁。图1 给出了TRIAC调光器和LED灯泡的接线图。图2 给出了在电源周期开始时，TRIAC调光器的电路阻断电源，触发后接通输入电源和LED灯泡。如图3所示，如果流过调光器的擎住电流和维持电流不足，TRIAC调光器将会关断。

对于不同的调光器模型，擎住电流和维持电流也会不同。典型的擎住电流和维持电流范围大约为5~50mA。由于消耗较大的功率，采用白炽灯照明时，不会出现这些工作要求。单只LED灯泡的功率输出一般小于20W， 因此在整个电源周期中单只LED灯泡不能维持所需电流量。

本应用说明书提供了TRIAC调光LED灯泡电路板设计的实用指南。在描述的无源和有源泄放设计指南中，详细地说明了如何保持擎住电流和维持电流，而不出现闪烁现象。由于减少了外部器件的数量，有源阻尼设计能够改善效率。针对功率因数（ PF ） 、总谐波畸变率（THD）以及 EMI等方面，输入滤波器设计一节讲述了滤波元件的滤波效果。

1. 无源泻放设计

设计无源泄放电路是为了提供擎住电流和维持电流，消除误触发和闪烁。图4 给出了采用无源泄放电路的电路板原理。

所谓无源泄放器是由电阻(RB) 和电容(CB)构成。LF1 和 LF2为输入滤波电感。CIN 为输入滤波电容，RD 为阻尼电阻。在调光电路板设计中，如果电容并联在电源线之间，电阻(ex. RB, RD)需要与电容(ex. CB, CIN)串联。如果不串联电阻，由于调光器触发时电容的快速充电作用，将会出现较高的电压和电流尖峰。电流尖峰将会破坏TRIAC调光器，特别当多个LED灯泡并联时尤为如此，因为来自每个LED灯泡的电流尖峰之和将会超过TRIAC调光器的额定电流。电流尖峰之后会出现电流振荡，由于振荡中会出现低于维持电流的负电流，还会引起调光灯误触发。电压尖峰如果超出额定击穿电压，将会破坏外部器件。
无源泄放电路包括几百nF的电容(CB)，用于提供擎住电流和维持电流。为了消除上述电压与电流尖峰，有必要采用泄放电阻(RB)阻尼该尖峰。

1.1 无源泄放电容 (CB)的选择

电容CB大小决定着保持TRIAC开通的泄放电流。对于TRIAC调光，电容CB越大，泄放电流较大，调光控制的稳定性越高。图5和图6给出了较小与较大泄放电容时的电源电流。输入电流(IIN)为来自二极管整流桥后的反激变换器的电流。在FL7730的功率因数校正作用下，IIN与电源电压同相位。IB为泄放电流，电源电流(ILINE)为IIN 与IB之和。

ILINE 应该高于擎住电流和维持电流，这是因为ILINE 直接流过TRIAC调光器。在图5中，触发时的ILINE 不是足够大，原因是CB较小。TRIAC 调光器将发生误触发，如图3所示。在图6中，在调光器触发时，ILINE 足够高，原因是CB较大，这样可以保持TRIAC正常的导通状态，如图2所示。因此，由于可以提供更高的IB，CB较大时的调光器触发效果优于CB较小时。

但是，CB较大时也有一个不足，对功率因数（PF）、总谐波畸变率（THD）和效率产生影响。表1 中给出了CB 在100nF～200nF之间变化时的性能比较。可见，CB对PF和RB功耗的影响较为严重。相比100nF CB，220nF CB 严重地降低了PF，增加了RB功耗，其原因是CB的充电与放电电流过大。

因此，对于无源泻放电路，在选择CB时，应该在TRIAC 调光控制和PF大小之间权衡利弊。尤其对于要求高功率因数的高压灯泡应用。权衡这两个因素，确定合理的CB 是一个挑战。在选择CB时，第一步是，检查调光器触发时的IB。通过改变CB大小，校验在调光器触发时是否出现由于IB不足引起的误触发。在调光器触发中没有出现工作异常的CB选择范围内，选择较小的CB，可以获得较高的PF和效率。EMI不受CB的影响，这是由于RB与之串联，阻断了CB对噪声的滤波。

1.2 无源泄放电阻 (RB)的选择

RB 起到阻尼作用，可以抑制由于触发时CB快速充电引起的尖峰电流。图7 给出了RB过大时的电源电流。太大的RB可以显著地阻尼IB，导致IB在触发时低于擎住电流，在受到触发后，TRIAC调光器会出现误触发，出现可见闪烁。

图8 给出了RB过小时的电源电流。RB过小，不能完全阻尼IB，发生电流振荡。振荡电流波动低于负的IB，引起TRIAC调光器的误触发，出现可见闪烁。

RB关于选择的另外一种考虑是功耗。表2中给出了采用两种不同泻放电阻时的系统性能比较。在系统的指标中，RB不影响PF和THD。可见，RB越大，引起自身的功耗就越大。

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