LED可控硅調(diào)光原理及問題

　　1.前言

　　如今，LED照明已成為一項(xiàng)主流技術(shù)。LED手電筒、交通信號燈和車燈比比皆是，各個國家正在推動用LED燈替換以主電源供電的住宅、商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用中的白熾燈和熒光燈。換用高能效LED照明后，實(shí)現(xiàn)的能源節(jié)省量將會非常驚人。僅在中國，據(jù)政府*估計，如果三分之一的照明市場轉(zhuǎn)向LED產(chǎn)品，他們每年將會節(jié)省1億度的用電量，并可減少2900萬噸的二氧化碳排放量。然而，仍有一個障礙有待克服，那就是調(diào)光問題。

　　白熾燈使用簡單、低成本的前沿可控硅調(diào)光器就可以很容易地實(shí)現(xiàn)調(diào)光。因此，這種調(diào)光器隨處可見。固態(tài)照明替換燈要想真正獲得成功的話，就必須能夠使用現(xiàn)有的控制器和線路實(shí)現(xiàn)調(diào)光。

　　白熾燈泡就非常適合進(jìn)行調(diào)光。具有諷刺意味的是，正是它們的低效率和隨之產(chǎn)生的高輸入電流，才是調(diào)光器工作良好的主要因素。白熾燈泡中燈絲的熱慣性還有助于掩蓋調(diào)光器所產(chǎn)生的任何不穩(wěn)定或振蕩。在嘗試對LED燈進(jìn)行調(diào)光的過程中遇到了大量問題，常常會導(dǎo)致閃爍和其他意想不到的情況。要想弄清原因，首先有必要了解可控硅調(diào)光器的工作原理、LED燈技術(shù)以及它們之間的相互關(guān)系。

　　2.可控硅調(diào)光的原理

　　圖1所示為典型的前沿可控硅調(diào)光器，以及它所產(chǎn)生的電壓和電流波形。

　　圖1 前沿可控硅調(diào)光器

　　電位計R2調(diào)整可控硅(TRIAC) 的相位角，當(dāng)VC2超過DIAC的擊穿電壓時，可控硅會在每個AC電壓前沿導(dǎo)通。當(dāng)可控硅電流降到其維持電流(IH)以下時，可控硅關(guān)斷，且必須等到C2 在下個半周期重新充電后才能再次導(dǎo)通。燈泡燈絲中的電壓和電流與調(diào)光信號的相位角密切相關(guān)，相位角的變化范圍介于0度(接近0度)到180度之間。

　　3.LED調(diào)光存在的問題

　　用于替換標(biāo)準(zhǔn)白熾燈的LED燈通常包含一個LED陣列，確保提供均勻的光照。這些LED以串聯(lián)方式連接在一起。每個LED的亮度由其電流決定，LED的正向電壓降約為3.4 V，通常介于2.8 V到4.2 V之間。LED燈串應(yīng)當(dāng)由恒流電源提供驅(qū)動，必須對電流進(jìn)行嚴(yán)格控制，以確保相鄰LED燈之間具有高匹配度。

　　LED燈要想實(shí)現(xiàn)可調(diào)光，其電源必須能夠分析可控硅控制器的可變相位角輸出，以便對流向LED的恒流進(jìn)行單向調(diào)整。在維持調(diào)光器正常工作的同時做到這一點(diǎn)非常困難，往往會導(dǎo)致性能不佳。問題可以表現(xiàn)為啟動速度慢，閃爍、光照不均勻，或在調(diào)整光亮度時出現(xiàn)閃爍。此外，還存在元件間不一致以及LED燈發(fā)出不需要的音頻噪聲等問題。這些負(fù)面情況通常是由誤觸發(fā)或過早關(guān)斷可控硅以及LED電流控制不當(dāng)?shù)纫蛩毓餐斐傻?。誤觸發(fā)的根本原因是在可控硅導(dǎo)通時出現(xiàn)了電流振蕩。圖2以圖表形式對該影響進(jìn)行了說明。

　　圖2 發(fā)生在LED燈電源輸入級的可控硅電流與電壓振蕩