以三端及四端雙向可控硅開關(guān)元件控制LED照明

發(fā)光二極管(LED)正迅速成為最流行的照明選擇。業(yè)界預(yù)測(cè)，由于工商業(yè)照明領(lǐng)域未來(lái)極大的增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)從2011年~2016年，該市場(chǎng)將繼續(xù)以每年20%的速度擴(kuò)大。鑒于白熾燈已經(jīng)過(guò)時(shí)，而LED使用壽命長(zhǎng)(通常為25,000小時(shí))，并適用于許多不同的插座和形狀的要求，所以白熾燈經(jīng)常被替換成LED，以此響應(yīng)美國(guó)政府關(guān)于節(jié)省能源的指令。

然而，LED照明控制會(huì)出現(xiàn)一些白熾燈所沒(méi)有遇到過(guò)的問(wèn)題。例如，由于LED負(fù)載的電流相比少得多，正常類型的三端雙向可控硅開關(guān)元件在閉鎖電流和保持電流特性方面將面臨挑戰(zhàn)。三端雙向可控硅元件是AC調(diào)光控制器的心臟。三端雙向可控硅調(diào)光器通常是根據(jù)符合白熾燈負(fù)載特性特別研制的，它在穩(wěn)態(tài)條件下和啟動(dòng)時(shí)都具有較高的額定電流和耐沖擊浪涌電流，并且當(dāng)燈絲斷裂時(shí)會(huì)有非常高的臨終耐沖擊電流。

因?yàn)樗鼈兪嵌O管，LED相比白熾燈有著低很多的穩(wěn)態(tài)電流，并且它們的初始導(dǎo)通電流在幾微秒的時(shí)間內(nèi)比每半周期的AC線路電壓要高得多。因此，在每個(gè)交流半周期的開始可以看到一個(gè)電流尖峰。圖1是典型的電流尖峰。通常情況下，需要替代的交流燈泡電流尖峰為6A~8A，尖峰穩(wěn)態(tài)后的后續(xù)電流低于100mA。

家居照明燈具用LED燈的功率可以達(dá)到7.5W(A19燈泡450流明)或許更高，因?yàn)橐粋€(gè)吊燈通常有四至十個(gè)射燈。相比之下，50個(gè)圣誕裝飾燈的燈串總功率只有4.8W。一種為嵌入式吸頂燈設(shè)計(jì)的LED散光燈，可以取代一個(gè)產(chǎn)生750流明的功率僅為13W(BR30)典型的長(zhǎng)絲裝置，而老的長(zhǎng)絲照明裝置通常需要消耗65W的功率。

當(dāng)使用新的Q6008LH1LED或Q6012LH1LED系列的三端雙向可控硅元件時(shí)，設(shè)計(jì)控制LED光輸出的AC電路很簡(jiǎn)單，因?yàn)橹恍枰贁?shù)器件，所需要的只是一個(gè)點(diǎn)火/觸發(fā)電容器、一個(gè)電位器和一個(gè)電壓導(dǎo)通的觸發(fā)裝置。

通過(guò)使用兩個(gè)反向并聯(lián)敏感門極可控硅整流器(SCR)S4X8ES1作為電壓導(dǎo)通的觸發(fā)裝置，控制電路可以產(chǎn)生各種不同的光級(jí)輸出。

另外，通過(guò)使用兩個(gè)反向并聯(lián)敏感門極可控硅整流器SCR作為觸發(fā)裝置可以實(shí)現(xiàn)低滯后控制，因?yàn)閮蓚€(gè)SCR形成一個(gè)完整的反擊穿觸發(fā)。圖2顯示了適用于以上情況的一個(gè)控制電路，可能很適合LED散光燈(例如BR30LED燈)，可以調(diào)暗它以產(chǎn)生一個(gè)低級(jí)光輸出或轉(zhuǎn)向到近180°的全光輸出。

該電路允許燈在每個(gè)AC半周期打開近180°，此外，RC定時(shí)開啟可能會(huì)推遲到每半周期上的有著非常低的光輸出的小導(dǎo)通角上。Q60xxLH1LED三端雙向可控硅系列產(chǎn)品以低的保持電流和閉鎖電流特性讓三端雙向可控硅開關(guān)元件保持在非常低的電流水平。

兩個(gè)反向平行感光門可控硅整流器(S4X8ES1)的門級(jí)都綁在一起，產(chǎn)生一個(gè)帶有全面反擊穿電壓并生產(chǎn)很低的滯后的極低電壓觸發(fā)裝置。這讓電位器能夠設(shè)置為當(dāng)線路開關(guān)時(shí)讓一個(gè)低導(dǎo)通角即時(shí)開啟的特性(欲了解更多信息或想了解滯后現(xiàn)象，請(qǐng)看Littelfuse的應(yīng)用筆記AN1003：使用可控硅的相位控制)。

圖3的電路原理圖改善了舊的相位控制/調(diào)光電路，只產(chǎn)生了微弱的磁滯。如圖所示，除了轉(zhuǎn)向二極管周圍的C1點(diǎn)火電容器，滯后可以被完全消除。

如果寬泛的控制范圍(從全亮到非常暗)和低滯后并不是應(yīng)用的關(guān)鍵，就可以使用新的LittelfuseQ6008LTH1LED或Q6012LTH1LED系列的QUADRAC設(shè)備去設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的可變光控制(器件QUADRAC移動(dòng)器件是把單一的雙向開關(guān)二極管和三端雙向可控硅開關(guān)元件結(jié)合在一起的一種特殊類型的半導(dǎo)體閘流管)。

如圖4所示的電路，通過(guò)在一個(gè)TO-220獨(dú)立封裝把觸發(fā)和三端雙向可控硅開關(guān)元件結(jié)合起來(lái)，可以進(jìn)一步降低元件數(shù)量。該控制電路可適用于電壓低一點(diǎn)的全導(dǎo)通電壓，因?yàn)樗懈叩腣BO的觸發(fā)裝置，提供了一個(gè)調(diào)光功能，能把每個(gè)交流半周期從175°調(diào)到90°。

其中，電位器是250kΩ與內(nèi)置的固定端3kΩ最小電阻。該四端雙向可控硅開關(guān)元件(QUADRAC器件)的型號(hào)為QxxxxLTH1LED，擁有更靈敏的可控硅芯片(低柵流和保持電流特性)。RL的最低LED負(fù)載是10W，電路的最低LED負(fù)載也是10W，也就是內(nèi)置的雙向開關(guān)二極管模的觸發(fā)電壓。

交流電路中的LED燈的負(fù)載可能非常簡(jiǎn)單，如圖5所示，或有可能是額外的元器件細(xì)化，例如，濾波電容。添加的元件將決定LED的燈負(fù)載是否是可調(diào)光。LED燈負(fù)載越簡(jiǎn)單，可調(diào)光的可能性就越大。

因?yàn)闉V波電容器可能會(huì)增強(qiáng)最小直流電流，可控硅器件鎖存器可以即使沒(méi)有變化的低于最低可控硅保持電流的情況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)。