以三端及四端雙向可控硅開(kāi)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)界預測，由于工商業(yè)照明領(lǐng)域未來(lái)極大的增長(cháng)，預計從2011年~2016年，該市場(chǎng)將繼續以每年20%的速度擴大。鑒于白熾燈已經(jīng)過(guò)時(shí)，而LED使用壽命長(cháng)(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，以此響應美國政府關(guān)于節省能源的指令。

然而，LED照明控制會(huì )出現一些白熾燈所沒(méi)有遇到過(guò)的問(wèn)題。例如，由于LED負載的電流相比少得多，正常類(lèi)型的三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件在閉鎖電流和保持電流特性方面將面臨挑戰。三端雙向可控硅元件是AC調光控制器的心臟。三端雙向可控硅調光器通常是根據符合白熾燈負載特性特別研制的，它在穩態(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，并且當燈絲斷裂時(shí)會(huì )有非常高的臨終耐沖擊電流。

因為它們是二極管，LED相比白熾燈有著(zhù)低很多的穩態(tài)電流，并且它們的初始導通電流在幾微秒的時(shí)間內比每半周期的AC線(xiàn)路電壓要高得多。因此，在每個(gè)交流半周期的開(kāi)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，尖峰穩態(tài)后的后續電流低于100mA。

家居照明燈具用LED燈的功率可以達到7.5W(A19燈泡450流明)或許更高，因為一個(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計的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(cháng)絲裝置，而老的長(cháng)絲照明裝置通常需要消耗65W的功率。

當使用新的Q6008LH1LED或Q6012LH1LED系列的三端雙向可控硅元件時(shí)，設計控制LED光輸出的AC電路很簡(jiǎn)單，因為只需要少數器件，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)電壓導通的觸發(fā)裝置。

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

另外，通過(guò)使用兩個(gè)反向并聯(lián)敏感門(mén)極可控硅整流器SCR作為觸發(fā)裝置可以實(shí)現低滯后控制，因為兩個(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)，可以調暗它以產(chǎn)生一個(gè)低級光輸出或轉向到近180°的全光輸出。

該電路允許燈在每個(gè)AC半周期打開(kāi)近180°，此外，RC定時(shí)開(kāi)啟可能會(huì )推遲到每半周期上的有著(zhù)非常低的光輸出的小導通角上。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(kāi)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(mén)可控硅整流器(S4X8ES1)的門(mén)級都綁在一起，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。這讓電位器能夠設置為當線(xiàn)路開(kāi)關(guān)時(shí)讓一個(gè)低導通角即時(shí)開(kāi)啟的特性(欲了解更多信息或想了解滯后現象，請看Littelfuse的應用筆記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/調光電路，只產(chǎn)生了微弱的磁滯。如圖所示，除了轉向二極管周?chē)腃1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)和低滯后并不是應用的關(guān)鍵，就可以使用新的LittelfuseQ6008LTH1LED或Q6012LTH1LED系列的QUADRAC設備去設計簡(jiǎn)單的可變光控制(器件QUADRAC移動(dòng)器件是把單一的雙向開(kāi)關(guān)二極管和三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件結合在一起的一種特殊類(lèi)型的半導體閘流管)。

如圖4所示的電路，通過(guò)在一個(gè)TO-220獨立封裝把觸發(fā)和三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件結合起來(lái)，可以進(jìn)一步降低元件數量。該控制電路可適用于電壓低一點(diǎn)的全導通電壓，因為它有更高的VBO的觸發(fā)裝置，提供了一個(gè)調光功能，能把每個(gè)交流半周期從175°調到90°。

其中，電位器是250kΩ與內置的固定端3kΩ最小電阻。該四端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件(QUADRAC器件)的型號為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負載是10W，電路的最低LED負載也是10W，也就是內置的雙向開(kāi)關(guān)二極管模的觸發(fā)電壓。

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

因為濾波電容器可能會(huì )增強最小直流電流，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轉。