LED可控硅調光原理及問(wèn)題

　　1.前言

　　如今，LED照明已成為一項主流技術(shù)。LED手電筒、交通信號燈和車(chē)燈比比皆是，各個(gè)國家正在推動(dòng)用LED燈替換以主電源供電的住宅、商業(yè)和工業(yè)應用中的白熾燈和熒光燈。換用高能效LED照明后，實(shí)現的能源節省量將會(huì )非常驚人。僅在中國，據政府*估計，如果三分之一的照明市場(chǎng)轉向LED產(chǎn)品，他們每年將會(huì )節省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，那就是調光問(wèn)題。

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

　　白熾燈泡就非常適合進(jìn)行調光。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光器所產(chǎn)生的任何不穩定或振蕩。在嘗試對LED燈進(jìn)行調光的過(guò)程中遇到了大量問(wèn)題，常常會(huì )導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.可控硅調光的原理

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

　　圖1 前沿可控硅調光器

　　電位計R2調整可控硅(TRIAC) 的相位角，當VC2超過(guò)DIAC的擊穿電壓時(shí)，可控硅會(huì )在每個(gè)AC電壓前沿導通。當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通。燈泡燈絲中的電壓和電流與調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調光存在的問(wèn)題

　　用于替換標準白熾燈的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燈串應當由恒流電源提供驅動(dòng)，必須對電流進(jìn)行嚴格控制，以確保相鄰LED燈之間具有高匹配度。

　　LED燈要想實(shí)現可調光，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)行單向調整。在維持調光器正常工作的同時(shí)做到這一點(diǎn)非常困難，往往會(huì )導致性能不佳。問(wèn)題可以表現為啟動(dòng)速度慢，閃爍、光照不均勻，或在調整光亮度時(shí)出現閃爍。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電流控制不當等因素共同造成的。誤觸發(fā)的根本原因是在可控硅導通時(shí)出現了電流振蕩。圖2以圖表形式對該影響進(jìn)行了說(shuō)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