目前,行业对于光的环境在人的感觉方面要求越来越高,从驱动方面业内也在努力将光的质量进行提升。
来自英飞特电子(杭州)有限公司的市场总监毛绍祺先生对于通过适当的驱动设计消除LED频闪的方法进行了介绍。毛先生首先对频闪的概念进行了阐释,这里所说的闪烁不是通常所见的不稳定的、人眼能够分辨的闪烁,这一类闪烁一般是在100 Hz以下,在老式摄像机的CRT显示器上可以看到类似的闪烁。而毛先生谈到的是交流电网在经过整流之后,比如50 Hz、60 Hz的交流电网在整流之后所产生120 Hz的闪烁,通常人眼是无法看到的,只有高帧速的摄像机或照相机才能捕捉到,这类被称为频闪,或功频的闪烁。
英飞特电子(杭州)有限公司的市场总监毛绍祺先生
频闪主要会对人产生两方面的影响,第一是对人的视网膜的损害,频率范围一般在100~165 Hz内。通常100 Hz以下的频率人眼可见,而165 Hz以上的一般对人体不会造成损害。第二是频闪可能会间接导致癫痫,还有可能会引起头痛、驾驶中的不适等。对于频闪要求较高的环境包括马路、运动场、体育馆、舞台及需要工矿灯作业的工业环境等。例如,在马路上,频闪会让司机有很不适的感觉,甚至产生眩晕感,带来较大的安全和健康隐患。
我们需要通过合理的驱动器的设置来消除频闪。只要使驱动的电流接近比较平稳的一个值,就可以期望光输出是一个较为平稳的值。驱动有很多种方法,首当其冲就是通过被动的PFC器件再加上DCDC来做驱动。传统的被动镇流PFC再加上隔离的DCDC的方案频闪很小,前面的填补镇流完毕之后,其输入纹波对于DCDC来说已经很小了。PFC是一个被动的填补式的镇流,PF值并不是很理想,但如果想要较好的PF值,则需要牺牲一定的效率,需要增加较大的电阻,这一方案应用于低功率的灯具效果较为理想,当功率大于10W、20W后,便出现了谐波的问题,也很难实现较好的PF值。
单极主动式功率因数校正最大的问题就是输出电流的纹波比较大,这种纹波与PF值在物理上是矛盾的,很难做到两全齐美。在出现这一问题时,人们可能会考虑再加一极,有两种方式:第一种是最为传统也是用得最多的,就是在后面加一个Buck,可以显而易见地起到消除纹波的作用,前极所产生的低频纹波能够很容易被消除。但这一方案的价格比较高,一个Buck的价格约在1美元左右,1美元成本的增加对于室内电源驱动解决方案来说是很大的成本增加,在设计中必须在成本和性能之间找到折中点。
如果采用纹波抑制器等线性器件,其成本会比Buck低很多,能够同时实现较为理想的PF值和纹波。纹波抑制器能够采集前极的纹波,通过调节MOS管上的电压来实现纹波的下降,或者通过输出的阻抗匹配,使输出的LED负载看起来不再像LED负载,而是看上去像一个理想的电阻,改变了LED负载的整体特性。当负载是一个理想的电阻时,则能够得到较为理想的PF值和纹波。
从设计复杂性来说,被动器件加DCDC再加单极PFC是最简单的,元件数也相对较少,成本较低,但效率最高。其问题在于输入范围较窄,目前很多灯具都采用100V~240V的输入范围,北美则采用更宽的100V~277V的输入范围,在这些情况下这种方案基本无法解决频闪问题。PF值是在未来的灯具设计中永远无法摆脱的考虑因素,越来越多的能效规范和标准均会要求PF值在0.9以上,这在全世界各地都是通用的。
对于未来的灯具设计,人们确实越来越开始关注灯具对人的健康的影响。未来可能大家谈论的不再是光效如何等问题,而是有关频闪、纹波、调光等相关的问题。这对于驱动电源设计厂商来说也提出了非常大的挑战。解决这一问题有着不同的方案,不同的设计人员会有不同的选择和考虑。