當前，隨著節(jié)能理念在照明領(lǐng)域的深入，出現(xiàn)了用LED和節(jié)能燈直接替代原光源產(chǎn)品中由可控硅調(diào)光器調(diào)光的白熾燈和鹵素燈。可控硅調(diào)光器通過斬切交流信號實現(xiàn)白熾燈和鹵素燈調(diào)光，主要有前向斬波和后向斬波兩種。由于白熾燈和鹵素燈是電阻性負載，應(yīng)用可控硅實現(xiàn)調(diào)光是很便利的一種解決方案。但當LED和節(jié)能燈使用原有可控硅調(diào)光器進行調(diào)光時，會面臨很多問題。首先，LED和節(jié)能燈都是非線性高頻負載[1]，但可控硅的開關(guān)特性不適合這種應(yīng)用；另外，目前市場上有多種可控硅調(diào)光器，而能滿足全部調(diào)光器特性的LED驅(qū)動器存在很多問題。為此，本文設(shè)計了一種數(shù)字控制的可控硅調(diào)光LED驅(qū)動器[2]。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
    本設(shè)計中HBLED由開關(guān)型變換器驅(qū)動，采用PWM調(diào)光方法，LED驅(qū)動器連接可控硅調(diào)光器，如圖1所示。可控硅斬波后經(jīng)整流到達flyback變壓器，從而把能量傳遞到副邊給DC-DC供電。副邊MCU初始化后，進行恒流和保護等參數(shù)設(shè)置，并通過輔助繞組和片內(nèi)比較器檢測可控硅的導(dǎo)通角，實現(xiàn)恒流、調(diào)光和保護等功能。為使可控硅可靠導(dǎo)通，在整流橋后接入了穩(wěn)定可控硅導(dǎo)通電路。系統(tǒng)具有以下功能：(1)保證可控硅調(diào)光器可靠地導(dǎo)通；(2)功率因數(shù)在0.95以上；(3)驅(qū)動器效率在72%以上；(4)LED具有恒流功能；(5)具有可控硅調(diào)光功能（1%～100%）；(6)各種保護功能。

2 驅(qū)動器設(shè)計[3-4]
2.1 變壓器設(shè)計
    工作頻率、輸入/輸出電壓、輸入/輸出功率、輸入峰值電流等參數(shù)會影響變壓器運行，從而造成可控硅的導(dǎo)通和關(guān)斷。為保證可控硅調(diào)光器正常、可靠地導(dǎo)通，合理設(shè)計變壓器非常關(guān)鍵。此外，優(yōu)化變壓器的尺寸、材料、磁芯等參數(shù)可以提高變壓器的效率。
2.1.1 計算初級電感
    為了保證最優(yōu)的初級電感，能接受的最小占空比計算如下：
  
    輸出功率的范圍決定了適合的磁芯類型，本應(yīng)用選用了E25/13/7型磁芯。
2.1.3 初級繞組匝數(shù)
    初級繞組需要在匝數(shù)和氣隙大小兩者之間取得平衡，以保證應(yīng)用中變壓器不飽和。考慮本應(yīng)用的特殊要求，可依據(jù)下式確定匝數(shù)。
 
2.2 假負載電路
    為消除高頻信號對可控硅的干擾，保證可控硅具有一定的導(dǎo)通電流，設(shè)計了穩(wěn)定可控硅導(dǎo)通電路，如圖2所示。當由于高頻非線性負載電流不夠而引起導(dǎo)通不完全時，假負載可以及時接入。當Q3導(dǎo)通時，導(dǎo)入大負載保證可控硅導(dǎo)通。當可控硅導(dǎo)通后，控制Q2導(dǎo)通關(guān)閉Q3，切換到小負載來維持可控硅導(dǎo)通所需要的維持電流，這樣既保證了可控硅導(dǎo)通的維持電流，又盡可能地降低了假負載的損耗。

2.3 導(dǎo)通角檢測
    為了使驅(qū)動器穩(wěn)定工作，快速、可靠地檢測可控硅的導(dǎo)通角非常重要。本驅(qū)動器通過軟硬件結(jié)合的方式來實現(xiàn)導(dǎo)通角檢測，把整流電路后的濾波大電容去掉，使得整個驅(qū)動器會有0.9以上的功率因數(shù)，使整流后的電壓波形保持饅頭波波形，由此反激變換器輔助繞組上的波形也保持相應(yīng)的饅頭波波形，從而可以利用MCU內(nèi)置的比較器進行電壓比較。比較器輸出的上升沿觸發(fā)MCU片內(nèi)定時器進行計時，其下降沿則使得定時器停止計時，然后程序?qū)τ嫊r結(jié)果進行軟件濾波處理，再轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的PWM調(diào)光信號，最終快速有效地判斷出可控硅的導(dǎo)通角并實現(xiàn)調(diào)光功能。
2.4 程序架構(gòu)
    uPD78F075x系列MCU集成了硬件比較器，并且其定時器具有和比較器輸出的聯(lián)動功能，從而實現(xiàn)變頻或定頻變占空比的類似硬件控制，為LED恒流控制的實現(xiàn)提供了便利。聯(lián)動功能具體實現(xiàn)如下：(1)通過配置定時器使其具有PWM輸出功能，并且其PWM波的輸出是根據(jù)比較器的輸出結(jié)果來改變PWM的頻率或占空比。(2)可通過設(shè)置MCU中的兩個定時器進行邏輯關(guān)聯(lián)，使得其中一個定時器輸出的PWM受另一個定時器的輸出的控制，這樣就無需另外單獨輸出PWM進行調(diào)光，可以利用此功能在MCU內(nèi)部控制主PWM而使得整個DC-DC部分工作或不工作實現(xiàn)數(shù)字調(diào)光功能。本系統(tǒng)充分利用以上兩項功能，通過軟硬件對導(dǎo)通角的快速、可靠地判斷，再將導(dǎo)通角信號轉(zhuǎn)化為調(diào)光信號實現(xiàn)可控硅調(diào)光功能。圖3、圖4分別為主程序流程圖和導(dǎo)通角判斷的程序流程圖。

3 實驗結(jié)果
    為驗證驅(qū)動器實際運行效果，研制樣機進行了實驗研究。部分實驗波形如圖5～圖8所示。從波形圖可以看出，可控硅能很好地導(dǎo)通，斬波后的信號非常干凈，調(diào)光信號和可控硅的斬波信號也有很好的對應(yīng)。當LED工作時，加在LED的電壓信號迅速上升并穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，起到了恒流和調(diào)光作用[5]。
    本文設(shè)計了一種可通過可控硅調(diào)光器進行調(diào)光的LED驅(qū)動系統(tǒng)，通過對變壓器進行優(yōu)化設(shè)計，以軟硬件結(jié)合的方式進行可控硅導(dǎo)通角的實時判斷并快速、穩(wěn)定地轉(zhuǎn)化為調(diào)光信號，很好地保證了可控硅調(diào)光器的可靠工作，從而實現(xiàn)了可控硅對LED驅(qū)動器的全數(shù)字調(diào)光。
參考文獻
[1] 周源，孫耀杰.隔離式反激型LED驅(qū)動器的建模與調(diào)光設(shè)計[J].光源與照明，2007，3(1)：1-5.
[2] 溫德爾.LED驅(qū)動電路設(shè)計[M].謝運祥，王曉剛譯.北京：人民郵電出版社，2009.
[3] 宋適.基于AVR單片機的自適應(yīng)調(diào)光系統(tǒng)[J].電氣自動化，2009，31(1)：33-35.
[4] 張占松，蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.
[5] 方友維.關(guān)于LED驅(qū)動電源技術(shù)參數(shù)的合理要求[J].照明工程學報，2009，20(8)：118-119.