关键词：L6562；HV9910；PWM调光；ATmega16；LED驱动器

0 引言
       根据LED特有的电压电流特性，现在LED照明基本采用恒流驱动方式。为了更好地发挥LED照明节能的优点，在LED驱动器中加入调光功能是大势所趋[1]。通常，LED驱动器的调光方式有3种：可控硅调光、模拟调光、PWM调光。每种调光方式都有其优点及局限性。PWM调光是使开关电路以相对于人眼识别能力来说足够高的频率工作，通过设置周期和占空比来改变输出电流平均值，其输出电流只有两种状态：最大额定工作电流和零电流。模拟调光是通过改变输出电流的幅值来实现调光功能，可控硅调光是通过调节电源的输出功率来实现调光功能。
       PWM调光可以保证LED的色温恒定，驱动器的效率较高，并且能够进行精确控制，但其缺点是需要MCU控制器[2]。模拟调光相对PWM调光电路简单、容易实现，但会使LED色温发生变化，同时效率低、输出电流精度不易调节、调光范围有限。可控硅调光是利用现有的可控硅调光器，通过改变可控硅的导通角，调节输出功率来实现调光，其优点是不用改变原有日光灯调光设备。但是缺点更严重：其会严重降低驱动器效率及功率因数。同时也会使LED产生闪烁。
       本研究设计一种可进行PWM调光的LED恒流驱动器，对驱动器的各个组成部分进行了详细分析，并且设计一款40 W功率的LED驱动器，进行验证。
1 LED 驱动器硬件设计
可调光LED 驱动器硬件电路主要包含4 部分：EMI滤波器、L6562单级PFC恒压电路、HV9910降压恒流电路、Atmega16调光系统电路。驱动器框图如图1所示。
1.1 EMI滤波器设计
       EMI滤波器主要用来抑制交流电网中高频干扰对驱动器的影响，同时也抑制驱动器由于高频开关而对交流电网产生的影响，干扰主要为共模干扰和差模干扰[3]。EMI滤波器组成如图2所示，共模电容Cy1、Cy2、Cy3、Cy4和共模电感L1用来滤除共模噪声，L1是由两个匝数相同、绕向相反的绕组构成。Cx1、Cx2是差模电容，用来滤除差模干扰。共模电容要选择Y2安规电容，差模电容选择X1安规电容。图2中的RV是压敏电阻，NTC是负温度系数的热敏电阻。
1.2 单级PFC恒压电路设计
       意法半导体公司生产的峰值电流型控制芯片L6562被广泛应用于有源功率因数（APFC）校正电路中，其工作在临界（TM）模式，通过控制电感峰值电流，使得输入电流跟随输入电压变化，以达到功率因数校正的目的。而单级PFC[4]恒压电路是将有源功率因数校正电路中的升压电感替换为变压器，并进行其他改进，形成的反激拓扑电路[5] 如图3所示。
      如图3所示电路中，当开关管Q2打开时，经过EMI滤波器之后的交流输入电压经过整流桥整流、输入滤波电容C1之后，加在变压器T1的原边电感上，电感电流线性上升，此时变压器副边整流二极管VD5和VD6反向截止，输出端由输出电容Co和Co1供电。当原边电流检测电阻R12上的电压达到L6562 CS引脚的基准电压时，开关管Q2关断，此时副边整流二极管VD5、VD6导通，副边绕组经过整流二极管为负载供电，同时为输出电容充电。反激拓扑结构是在开关管关闭时，传递能量。当L6562的ZCD零电流检测引脚检测到辅助绕组中无电流时，说明原边电感已完成磁复位，L6562重新驱动开关管Q2导通，如此反复。
      单级PFC恒压电路的主输出电压是由TL431和光电耦合器PC817组成的输出反馈网络中的分压电阻R15和R17设置的，当输出电压大于设计好的额定输出电压时，电阻R17 上的电压大于TL431 引脚的基准电压2.5 V，此时输出端反馈信号通过PC817反馈到L6562的INV引脚，由于INV引脚的基准电压为2.5 V，如果反馈信号的电压大于2.5 V，那么就会有电流经过R6、C7、R7组成的补偿网络流入L6562的COMP引脚，当该电流大于40 μA时，就会进入过压保护状态，L6562停止工作，直到该电流降低到低于10 μA时，L6562会重新启动。从输出电路用于为ATmega16 AVR单片机供电，其输出电压为5 V,当主输出电压恒定时，从输出电压基本恒定。
       电路中整流桥之后的输入滤波电容C1的选取要注意：如果选择的过大，会使整流桥的导通角变得过小，同时会使L6562的MULT引脚的类正弦电压波形变得越加不像正弦波，降低电路的功率因数同时增加总谐波畸变（THD）；如果电容选择的过小，则起不到滤波的作用，这会加大前端EMI 滤波器的大小和成本。
1.3 基于HV9910 DC-DC降压恒流电路设计
       HV9910是Supertex半导体公司生产的通用高亮度LED驱动芯片，其特点是：
       效率大于90%；
       8 V~450 V输入电压范围；
       恒流LED驱动器；
       输出电流从几毫安到大于1 A；
       驱动的LED串从1个到几百个；
       通过使能引脚进行PWM低频调光。
       在该设计中，本研究采用Buck（降压）拓扑结构实现L6562单级PFC产生的恒压Vo接入到该电路的VIN引脚，当开关管Q1打开时，输入电流经过负载LED、电感L1、开关管Q1、检测电阻Rcs流入到地。此时，电感电流线性上升，储存能量，当检测电阻上的电压达到HV9910 CS引脚检测电压时，开关管关闭。由于电感具有阻碍电流变化的作用，当开关管关闭时，电感电流通过续流二极管与输出电容Co一起为负载LED供电，此时电感电流从峰值电流线性下降。电感电流的平均值即为输出电流。
      为了使LED串中流过电流纹波较小，Buck转换器工作在连续模式。因为工作在连续模式时，当占空比超过0.5时，电路会出现次谐波振荡，使系统不稳定，需要进行谐波补偿。而HV9910芯片不具有谐波补偿功能，所以使用该芯片时，要保证输入电压为输出电压的2倍以上，以使占空比小于0.5，避免出现次谐波振荡。
      HV9910的调光引脚PWM在不进行调光时，通常与VDD引脚连接，而进行PWM调光时，使PWM引脚与单片机的调光I/O端口相连，当PWM引脚电压大于2.4 V时，HV9910正常工作，当PWM引脚电压低于2.4 V时，HV9910被禁用。通过PWM调光，LED中的电流只有两种状态：零电流和设置的额定输出电流。本研究利用单片机调节PWM信号的脉宽，即可调节LED的平均电流即输出电流。输出电流可以从0调节到额定输出电流，即调光范围可以从0~100%,HV9910 支持100 Hz~1 kHz的PWM调光。
1.4 基于Atmega16的调光系统电路设计
      该设计采用ATmega16单片机，AVR单片机的性价比远高于51单片机：高速、采用RISC指令集；低功耗、宽电压：3.3 V~5.5 V。片内资源丰富：外部中断、定时/计数器、ADC等[6]。单片机由L6562单级PFC恒压电路的辅助输出5 V电压供电。
ATmega16单片机的A/D转换获得一个电压值，使用定
时器0，工作在快速PWM模式。本研究使用单片机外部
16 MHz晶振，输出波形频率为300 Hz，通过A/D转换获
得的电压值来控制输出比较寄存器OCR0的值，从而达
到控制输出的PWM波的占空比，实现调光的功效。
2 测试结果
       按照上述电路图，笔者设计了一款40 W可调光LED驱动器，其指标为：输入电压为85 V~264 V，输出额定电流为1.8 A，输出电压为23 V，调光PWM信号的频率为300 Hz方波，幅值为5 V。经样板测试，该驱动器的效率为87.7%、功率因数为0.95、THD 为0.2，其调光范围可达到2%~100%。
     调光时，输出电流波形如图5所示。
      对该驱动器进行EMC传导干扰测试，测试标准选择照明设备国标GB17743，EMC传导干扰测试结果如图6所示。只要实际测量峰值曲线PK没有超过准峰值限制曲线QP，实际测量平均值曲线AV没有超过平均值限制曲线AV，则通过EMC传导干扰测试，从图6中可看出，该驱动器通过了国家照明设备标准GB17743[7]传导干扰测试。
3 结束语
       本研究对PWM调光、模拟调光、可控硅调光3种调光方式的应用场合及优缺点进行分析，得出了PWM调光方式比较适合于LED恒流驱动特性解决方案，并对该解决方案进行了样板调试验证。

       研究结果表明，该驱动器设计能够实现高效率高功率因数、低总谐波畸变及宽范围调光的指标，同时满足EMC传导测试干扰要求，是一款高性能可调光LED驱动器解决方案。