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)域未來極大的增長，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)過時(shí)，而LED使用壽命長(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)一些白熾燈所沒有遇到過的問題。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)典型的長絲裝置，而老的長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，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)。