LED可控硅調(diào)光原理及問(wèn)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(hào)燈和車燈比比皆是，各個(gè)國(guó)家正在推動(dòng)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(huì)非常驚人。僅在中國(guó)，據(jù)政府*估計(jì)，如果三分之一的照明市場(chǎng)轉(zhuǎn)向LED產(chǎn)品，他們每年將會(huì)節(jié)省1億度的用電量，并可減少2900萬(wàn)噸的二氧化碳排放量。然而，仍有一個(gè)障礙有待克服，那就是調(diào)光問(wèn)題。

　　白熾燈使用簡(jiǎn)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(jiàn)。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(duì)LED燈進(jìn)行調(diào)光的過(guò)程中遇到了大量問(wèn)題，常常會(huì)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(jì)R2調(diào)整可控硅(TRIAC) 的相位角，當(dāng)VC2超過(guò)DIAC的擊穿電壓時(shí)，可控硅會(huì)在每個(gè)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(shí)，可控硅關(guān)斷，且必須等到C2 在下個(gè)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(hào)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(wèn)題

　　用于替換標(biāo)準(zhǔn)白熾燈的LED燈通常包含一個(gè)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(gè)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(dòng)，必須對(duì)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(duì)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(shí)做到這一點(diǎn)非常困難，往往會(huì)導(dǎo)致性能不佳。問(wèn)題可以表現(xiàn)為啟動(dòng)速度慢，閃爍、光照不均勻，或在調(diào)整光亮度時(shí)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(wèn)題。這些負(fù)面情況通常是由誤觸發(fā)或過(guò)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(shí)出現(xiàn)了電流振蕩。圖2以圖表形式對(duì)該影響進(jìn)行了說(shuō)明。

　　圖2 發(fā)生在LED燈電源輸入級(jí)的可控硅電流與電壓振蕩