用效率更高、寿命更长的基于LED的固态照明(SSL)系统来替换传统的白炽灯和荧光灯，是照明产业无可争辩的发展趋势。然而，由于SSL灯具需要像传统照明系统一样被直接连通到交流电网，驱动电路的输出端会出现电流纹波，从而导致100赫兹或120赫兹的闪烁现象。即便人眼可能并不能觉察到这种闪烁，它也会让人感觉不舒服，比如导致头痛和其他不适。对LED的驱动电路进行细致的设计，能够让这种闪烁实现最小化，并有助于确保固态照明系统在广泛部署的基础上实现其高能效的诺言。

事实上，LED及灯具制造商很渴望解决这个闪烁的问题，并已和驱动器制造商合作以便得到合适的解决方案，因为灯光的闪烁程度，最终还是取决于驱动电路的设计。本文将解释出现闪烁的根源，探讨闪烁的特征，描述其出现于LED照明的机理，并阐释工程师如何在不同的驱动电路架构之间进行权衡，以找到恰当的“成本/效益”组合。我们将描述一种纹波抑制电路，它成本效益高，灵活性好，能够实现无闪烁LED照明。

未来趋势

在未来的几年中，LED照明将取代包括白炽灯泡和荧光灯泡及灯管在内的传统照明，这是广泛认可的发展趋势。因为LED是新一代的植根于电子技术的光源，市场的期望就不仅仅是更高的SSL系统级效率，还要有更佳的照明环境。

然而，同传统照明技术一样，绝大多数的LED光源都直接连通于全球各区域的交流主干网，其工作频率随所在区域的不同而 其中就包括纹波抑制电路。SSL产品分别为50赫兹或者60赫兹。即便经 开发者需要从应用的需求出发，从成过整流之后，频率也只有100或120 本和性能两方面考虑，就产品的实现赫兹。由于其相对较低的频率，任何 方法进行评估，并选择合适的驱动电与电网相关的闪烁都可能被人眼觉察 路。不同的应用场合对闪烁的可接受到。实际上，这种整流电路可能导致 程度是不一样的。同样的系统设计，间歇性闪烁( strobe flicker)，它会对 可能由于闪烁而不符合室内应用的人体造成前面提到的各种不适。

特别是，基于单极架构设计的用 良好方案。来实现功率因数校正(PFC)和驱动电流输出的LED驱动电路，是有可能产生闪烁的。除了别的因素之外，这种闪烁还受到LED纹波电流的影响。好在有多种方法来消除这个问题，其中就包括纹波抑制电路。SSL产品开发者需要从应用的需求出发，从成本和性能两方面考虑，就产品的实现方法进行评估，并选择合适的驱动电路。不同的应用场合对闪烁的可接受程度是不一样的。同样的系统设计，可能由于闪烁而不符合室内应用的要求，但也许是户外街道或区域照明的良好方案。

闪烁的影响

当下人们开始更多注意70-160赫兹范围的高频闪烁灯光下的长期暴露问题。这种闪烁会导致不安、头痛、以及视力损伤。一些研究者甚至声称视网膜可以感知到高达200赫兹的闪烁，不过测试表明，当频率高于160赫兹的时候，其对健康的影响就是微乎其微的了。鉴于前面提到的经过整流之后形成的100赫兹和120赫兹的电源频率，在这里我们将重点关注这个频率范围的闪烁消除问题。而事实上，100赫兹或120赫兹闪烁对人类健康的影响，不仅仅是一个频率相关的问题，也是一个与物理及生理因素相关的问题。
闪烁的定义

我们首先需要了解闪烁的基本特征。

闪烁百分比(percent flicker)是对光源输出的周期性变化的一个相对度量(亦即调制百分比)。有时候，也被称作“调制指数”。我们可以使用最大(A)及最小(B)光输出值来计算出闪烁百分比。将A与B的和去除A与B的差，就得到一个百分数。

前面已经提及，除了频率外，闪烁指数的大小也是影响照明给人的感觉的重要因素。闪烁指数越高，人眼的敏感度就越强，感觉的舒适性就越差。
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固态照明光源的输出

定义了闪烁之后，我们再来考察LED光源的工作情况。LED的光照输出基本上与驱动电流成线性关系。仔细研读任何大功率LED的据手册，就会发现驱动电流与光照输出的图形曲线中的这种线性关系。显然，从这样的图形曲线可以得知，驱动电流是造成LED光照闪烁的关键根源，因此，提供恒定的电流就是LED驱动电路的首要工作。

在讨论100-120赫兹闪烁的时候，通常我们关注的是室内照明的情况。有好几种可以输出恒定电流的室内照明用LED驱动电路方案。例如，在交流整流之后接人简单的限流电阻、线性半导体调整电路、以及开关式脉宽调制(PWM)调整电路等，都是可能的方案。不过，这些方案都在我们的考虑范围之外，因为它们不能满足室内商业应用所要求的功率因数(PF)。典型情况下，商业应用要求PF值大于0.9。越来越多的国家和标准协会(例如能源之星和美国光源设计协会(Design-LightsConsortium，DLC》都要求照明的PF值大于0.9。我们预计，PF值低于0.9的灯及灯具将会很快被淘汰。

驱动电路的拓扑结构

阐明对PF值的要求之后，我们再来考察可用于室内固态照明产品、并且符合成本及性能要求的几种驱动电路的拓扑结构。此外，我们还将介绍一种在单级电路中普遍使用的、用于降低大的纹波电平的新方法。

无源PFC暨开关式DC/DC转换电路。图2揭示的是一个两级电路，它包括一个无源PFC前级，以及一个开关式DC/DC转换器次级。这种构造广泛用于低成本的后备式适配器以及充电器。这种PF设计常常被看作是“填谷式”方法，因为它使用了输出电容来保持电压的稳定，避免其跌落到低电平。由于使用了填谷电路及大容量电容，该方案的电流纹波很小且易于控制。这种无源方案的缺点就是它不能用于超过20W的功率，因为在大功率情况下，其PF电磁兼容性(EMC)有着先天不足的问题。这个设计无法通过IEC EN61000-3-2(谐波电流辐射测试)C类标准。此外，无源方案也不能实现宽电压输入范围(如100-240 VAC)。

单级有源PFC。带有源PFC的单级方案如图3所示，它被广泛用于具有宽输入范围的LED驱动电路。这种拓扑结构具有良好的功率转换效率和PF值，以及较宽的负载范围。缺点就是电流纹波大，会导致可见或不可见的100-120赫兹闪烁。良好的设计可以把电流纹波降低到一个相对较低的水平，不过，即便如此，其纹波水平依然高于前述的两级方案。这种单级拓扑结构的一个有趣特征是，每一只LED负载所特有的电压及电流特性，会极大地影响纹波的大小。驱动电路设计者正在寻求更好的方法来控制这种单级方案的纹波水平。

有源PFC暨开关式DC/DC。解决输出纹波问题的一种方法就是在有源PFC前级之后，再增加一个有源次级电路。不过，DC/DC转换级的加入，会使驱动电路的成本增加15-20%。这个电路极大地减小了输出纹波电流，几乎实现了理想的直流输出，而代价就是损失了2-3%的效率。另外，这种结构能够涵盖室内照明应用所需的绝大多数功率等级并被广泛采用。

单级PFC暨纹波抑制器。理想情况下，SSL系统设计者希望拥有一种低成本的方案来降低纹波输出，这就又把我们带回到了单级的实现方案。幸运的是，确实还有一种降低输出纹波电流的好方法，其电路比DC/DC转换器要简单得多。你可以把单级设计方案看作是一个相对简单的线性纹波抑制电路，就如图3所示


这种修改的单级拓扑结构使用了一种特别设计的线性整流器，可以极大地削弱单级PFC恒流电路的电流纹波，由此造成的效率损失仅有2-3%。这种实现方式还会带来额外的好处。一般情况下，在驱动电路之后增加一个开关式DC/DC次级电路，会影响EMC性能，但是这种线性整流器却不会带来这个问题。更好的EMC性能意味着SSL厂商可以将这种纹波抑制器灵活应用于各种现成的LED驱动电路之上。为了得到更佳的光照输出而在输出端增加这个电路，其成本效益比购买一个新的驱动器或者开关式DC/DC转换器要高的多。
这个纹波抑制电路与单级PFC的输出串联起来使用，其基本组成是这类似于直流工作模式下的测试。因为占空比非常小，由结温的升高所引起的光学测试的结果误差可以被忽略。LM-85推荐的占空比为1%或者更小。对于连续脉冲测试方法，LM-85中推荐的测试规程包括以下几步：

·使LED的温度稳定在所要求的结温上。
·对LED加载持续电流脉冲并等待稳定，如100毫秒。
·在一段持续的积分时间里进行光学和电学特性测试，或者在稳定条件读取时间平均信号。

LM-85指出，首先，积分时间应该是一个整数，即为所用的脉冲时间的整数倍，以避免因积分时间引起误差。其次，标准的操作还要求将所测得的光度或者辐射度的值除以所用的电流的占空比对应时间。

对于两种脉冲工作模式，在高结温条件下的LED的光输出则都可以采用热腔或者可控散热片来进行测量。无论采用哪种模式，在高温和温度稳定条件下的LED的测试都要遵循相应的测试规程。如果脉冲模式可能会引起LED的结温的升高，或者引起光输出的减小，那么，对于一个具有高热阻的LED的封装，则需要一个修正因子对测试结果进行修正。LM-85列出了一些LED的热模型案例，对应这些热模型，适当的校正因素可以用来计算LED的热效应。

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