可控硅調(diào)光LED照明的應用分析

近年來，隨著全球LED商業(yè)照明市場的興起，包括中國在內(nèi)的眾多LED制造廠商紛紛將LED商業(yè)照明產(chǎn)品放在了市場開發(fā)的重要位置上。特別是由于近期日本、歐美等主要市場對LED照明產(chǎn)品提出了高效率、長壽命、高功率因數(shù)、靈活擴展、可調(diào)光等方面的要求，使得LED驅動IC及電源行業(yè)面臨著一次新的變革。因此在未來兩年，LED燈具的智能調(diào)光尤其是在商業(yè)照明中的應用比重將有望得到快速提高。

　　當前面臨的主要挑戰(zhàn)在于LED光源價格在不斷下降，但驅動電子技術并沒有很大的革新，價格一直居高不下，成本上有壓力。其次，由于LED照明多采用電流驅動模式，而現(xiàn)有的調(diào)光器多是電壓調(diào)光，所以在兼容性方面的挑戰(zhàn)也相當大。此外，電源的輕薄化趨勢也要求LED驅動器要有更小的體積。而作為消費者，LED照明產(chǎn)品需要借助驅動IC調(diào)光技術提供給消費者獨特的感官體驗。

　　據(jù)調(diào)查分析報告，美國市場目前對調(diào)光產(chǎn)品需求較大，幾乎100%都是調(diào)光產(chǎn)品。歐洲市場少一點，但也占較大比例。此外，智能LED燈泡今年有可能會出現(xiàn)大規(guī)模商用。而這其中絕大部分調(diào)光產(chǎn)品都是配合可控硅調(diào)光器使用的。因此針對可控硅調(diào)光的LED照明產(chǎn)品的研究就顯得很有意義。

　　1、可控硅調(diào)光簡介

　　分析傳統(tǒng)白熾燈、鹵素燈等調(diào)光系統(tǒng)，因為與LED燈相比，白熾燈和鹵素燈是純阻性器件，這也就意味著它的電流波形和電壓波形永遠是一樣的，當采用可控硅來調(diào)光時，輸入電壓波形因可控硅導通角度變化而偏離正弦波，也就是改變輸入電壓的有效值，就可以實現(xiàn)調(diào)光的目的。

　　其電原理圖如圖1所示。虛線部分就是安裝在墻上的可控硅調(diào)光開關。a-b之間的電阻就是白熾燈負載。所以可控硅開關直接與負載是串聯(lián)的。

圖1 可控硅調(diào)光的電路圖和波形圖

　　可控硅電位器中帶一個開關，接在n的輸入端，用于控制燈的開關?？煽毓鑼ㄟ^程中，改變其內(nèi)部可調(diào)電阻的分壓比，改變其導通角，就可以改變其輸出電壓有效值，從而實現(xiàn)調(diào)光功能。除了可控硅以外，還有晶體管前沿、后沿調(diào)光技術等，基本原理都差不多。

　　2、可控硅調(diào)光的缺點和問題

　　在用可控硅調(diào)光時，還是會存在如下的一系列問題。

　　(1)調(diào)光過程中，隨著內(nèi)部導通角的變化，輸入電壓正弦波被可控硅破壞了，從而降低了功率因素值(PF)，通常PF低于0.5，而且在調(diào)光時，隨著導通角越小，功率因素值越來越低(1/4亮度時只有0.25)。

　　(2)如上，輸入電壓正弦波被破壞了，非正弦的波形加大了諧波系數(shù)。

　　(3)LED驅動電路中輸入非正弦的電壓波形會在線路上產(chǎn)生嚴重的干擾信號(EMI)。

　　(4)調(diào)光過程中在低負載時很容易因為維持電流不足而出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，解決措施是必須加上一個泄流電阻。通常情況下這個泄流電阻至少要消耗1-2瓦的功率，這就降低了恒流源電路的效率。

　　(5)在使用可控硅調(diào)光電路對白熾燈調(diào)光時，當輸入端的LC濾波器與可控硅產(chǎn)生振蕩時，由于白熾燈的熱慣性，人眼根本看不出這種振蕩。而當可控硅調(diào)光電路與LED驅動電路配套使用時，會產(chǎn)生音頻噪音和閃爍，這往往是不可接受的。

　　3、可控硅調(diào)光的優(yōu)勢

　　照明市場發(fā)展至今，盡管可控硅調(diào)光存在著諸多的缺點和問題，但是，因其發(fā)展歷史悠久，技術成熟穩(wěn)定，已經(jīng)和白熾燈還有鹵素燈完美的結合起來，占據(jù)了很大的調(diào)光市場。在絕大部分區(qū)域的調(diào)光場所，這些已經(jīng)安裝了可控硅調(diào)光的白熾燈或鹵素燈的地方，消費者已經(jīng)在墻壁上安裝了通向燈具的兩根連接導線，同時也在墻壁上安裝了可控硅調(diào)光器的開關盒以及旋鈕。對于消費者來說，如果能夠只是單純的更換燈頭上的白熾燈或鹵素燈，而不用去更換墻壁上的可控硅開關或者另外的去增加連接線的數(shù)目，那是比較簡單的方案，也是比較為普遍消費者所能夠接受的一種做法。這就意味著LED照明產(chǎn)品真正如果想要去完全取代替換白熾燈和鹵素燈燈具在和可控硅調(diào)光器配合的可調(diào)光應用場合，那就必須要與可控硅調(diào)光兼容。這也是目前LED驅動IC的開發(fā)設計人員所共同需要面對的一個難題。如何針對可控硅調(diào)光以及LED特殊的驅動方式，開發(fā)出合適的IC顯得那么重要。

　　4、兼容可控硅調(diào)光的問題和缺點

　　目前為止，很多大芯片公司都推出了專門與現(xiàn)有可控硅調(diào)光相匹配兼容的芯片以及解決方案，但是，目前這些解決方案還是會存在些不足。同時，兼容可控硅調(diào)光的LED目前還是在市場推廣中受限制，市場接受度還不是那么高，原因如下：

　　(1)可控硅技術發(fā)展至今，已經(jīng)是一個具有半個多世紀的陳舊技術。它具有很多如前所述的缺點，是一種早該淘汰的技術。社會發(fā)展需要一種更加先進、更加智能化的產(chǎn)品來替換它。

　　(2)目前兼容可控硅調(diào)光的LED驅動IC，很多自稱具有PFC，可以實現(xiàn)較高的功率因素，實際上它只改善了負載的功率因素，使整體電路看上去更加接近純阻性，而實際上并沒有改善包括可控硅在內(nèi)的整個系統(tǒng)的功率因素。

　　(3)如上所述，為了保持可控硅的維持電流不足，很多兼容可控硅的LED調(diào)光系統(tǒng)都需要額外加上泄流電阻，從而增加損耗，使得LED調(diào)光系統(tǒng)的整體效率都十分低下，這就完全損壞了LED的高能效的初衷。

　　(4)目前可控硅調(diào)光LED系統(tǒng)市場發(fā)展參差不齊，真正完全匹配兼容所有可控硅調(diào)光器的LED驅動基本上沒有，這無形中增加了很大的開發(fā)任務。此外，真正匹配所有可控硅調(diào)光器的LED驅動還有待長時間的可靠性驗證。

　　(5)安裝可控硅調(diào)光的白熾燈和鹵素燈所占的比例不到萬分之一，而在墻里安裝可控硅開關的比例在可控硅調(diào)光的燈具里連萬分之一都不到，因為絕大多數(shù)安裝可控硅調(diào)光的都是臺燈、床頭燈、立燈。更何況市面上有幾十種不同規(guī)格的可控硅和晶體管調(diào)光開關，實際上所開發(fā)的IC根本不可能兼容所有的可控硅開關，而只能兼容其中的一小部分。

　　(6)LED是一種全新的創(chuàng)世紀的技術，它有著無可比擬的優(yōu)越性。面對日益成熟的可調(diào)光LED照明產(chǎn)品市場的需求，可控硅調(diào)光LED驅動的開發(fā)需要持之以恒的進行。

　　由于可控硅調(diào)光器廣泛使用于白熾燈等傳統(tǒng)照明市場，簡單容易被消費者所使用，符合人們的使用習慣。所以推廣LED可控硅具有很好的市場前景。然而，在目前絕大多數(shù)LED調(diào)光的應用場合，可控硅調(diào)光在電路的功率因數(shù)、調(diào)光閃爍等調(diào)光性能和造價等方面還需進一步做出努力，以擴大可控硅調(diào)光在LED照明調(diào)光的應用范圍。