非常簡(jiǎn)潔的LED吸頂泛光燈TRIAC調(diào)光電路

　　固態(tài)照明正迅速成為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域最受歡迎的照明選擇。由于美國(guó)政府節(jié)約能源的任務(wù)，白熾燈被大舉淘汰，并越來越多地被發(fā)光二極管（LED）燈取代。究其原因，是因?yàn)?LED 燈具有更長(zhǎng)的使用壽命（通常為 25000 小時(shí)）并且能夠輕松適應(yīng)多種不同的插座和形狀要求。隨著 LED 燈的價(jià)格持續(xù)下降，且與緊湊型熒光燈（CFL）相比越來越具有競(jìng)爭(zhēng)性，有人預(yù)測(cè) LED 照明在住宅照明市場(chǎng)中的份額在 2016 年將達(dá)到將近百分之五十，2020 年將超過百分之七十。然而，從設(shè)計(jì)師的角度來看，重要的是要明白，LED 照明和調(diào)光控制帶來了與以往的技術(shù)所不同的挑戰(zhàn)。

　　三端雙向可控硅（Triacs，交流電三極管的簡(jiǎn)稱）構(gòu)成了交流調(diào)光控制的核心。這些元件在觸發(fā)（打開）后可以在任一方向傳導(dǎo)電流。過去，調(diào)光器中所用的 Triacs 通常是針對(duì)白熾燈負(fù)載的特點(diǎn)，也是專用于白熾燈負(fù)載的。白熾燈負(fù)載在兩種穩(wěn)態(tài)條件下均具有高電流額定值，高初始涌入電流，以及在燈絲斷裂壽命終止時(shí)的高浪涌電流。

　　相比之下，LED 具有比白熾燈低得多的穩(wěn)態(tài)電流，它們?cè)诮涣骶€路電壓每半個(gè)周期開始的幾微秒時(shí)間里能夠具有更高的初始導(dǎo)通電流。通常情況下，交流備用燈的電流尖峰為 6-8 安（峰值）；穩(wěn)態(tài)持續(xù)電流小于 100 毫安。

　　用于家庭照明的 LED 燈的耗電量為 7.5 瓦（A19 型燈泡，450 流明）或者更高，而一盞吊燈通常具有四到十個(gè)燈泡。然而，一條 50 個(gè)圣誕彩燈的燈串的耗電量可以低至 4.8 瓦。設(shè)計(jì)用來取代典型的燈絲照明的吸頂燈所用的 LED 泛光燈能夠產(chǎn)生 750 流明的亮度，耗電量?jī)H為 13 瓦（BR 30）。相比之下，舊的燈絲照明通常耗電 65 瓦。

　　最新一代的 Triacs 使得用于控制 LED 光輸出的交流電路的設(shè)計(jì)變得非常簡(jiǎn)單，因?yàn)槠湫枰鄬?duì)較少的元件：一個(gè)點(diǎn)火/觸發(fā)電容器，一個(gè)電位器，和一個(gè)電壓擊穿觸發(fā)器件。使用兩個(gè)逆向平行的敏感柵可控硅整流器（可控硅）作為電壓擊穿觸發(fā)器件使控制電流能夠產(chǎn)生較大范圍的光級(jí)輸出。這也允許實(shí)現(xiàn)較低的滯環(huán)控制，因?yàn)閮蓚€(gè)可控硅形成了全面的反擊穿觸發(fā)。圖 1 為適用于吸頂燈的控制電路圖（如 BR30LED 燈）。

　　圖 1：采用兩個(gè)逆向平行的敏感極可控硅整流器的吸頂泛光燈調(diào)光器電路

　　這種電路使燈泡幾乎可以在每半個(gè)交流周期上實(shí)現(xiàn) 180 度開啟；遙控定時(shí)開啟也可以在每半個(gè)周期被延遲到較小的導(dǎo)通角，實(shí)現(xiàn)較低的光輸出。具有較低保持和鎖定電流特性的 Triacs，如力特的 Q60xxLH1LED 系列，使 Triacs 能夠保持在非常低的電流水平上。兩個(gè)逆向平行的敏感柵可控硅整流器（S4X8ES1），敏感柵連在一起，可產(chǎn)生非常低的電壓觸發(fā)全反擊穿電壓的器件，從而產(chǎn)生非常低的滯后。從而可以針對(duì)線路開關(guān)關(guān)閉和開啟時(shí)即時(shí)開啟的低導(dǎo)通角度設(shè)置電位器。圖 2 中的電路圖所示的是通過在 C1 點(diǎn)火電容器周圍增加轉(zhuǎn)向二極管對(duì)提供較差滯后的舊的相位控制/調(diào)光器電路所做的改進(jìn)。

　　圖 2：改善滯后的調(diào)光器電路設(shè)計(jì)。

　　對(duì)于寬控制范圍和低滯后并非那么關(guān)鍵的應(yīng)用，Quadrac 器件（在單個(gè)封裝中組合 Diac（兩端交流開關(guān)元件）和 Triac 的一種特殊的晶閘管）可提供一種簡(jiǎn)單的可變光控制方法。圖 3 說明了如何在單個(gè) TO-220 獨(dú)立的安裝封裝內(nèi)組合 Diac 觸發(fā)器件和交流 Triac 以進(jìn)一步減少元件數(shù)量。由于 Diac 觸發(fā)器件較高的開關(guān)電壓 VBO，這種控制電路具有較低的全開啟電壓，但是每半個(gè)交流周期可在 175 度到小于 90 度范圍內(nèi)提供調(diào)光功能。

　　圖 3：在這種基于 Quadrac 的調(diào)光電路中，電位器為 250 千歐，具有最低 3 千歐的內(nèi)置固定端電阻。Quadrac 器件為具有更加敏感的 Triac 硅片的 QxxxxLTH1LED 產(chǎn)品（低柵電流和保持電流特點(diǎn)）。RL 為最小 LED 負(fù)載（10 瓦）。VC 等同于內(nèi)置 Diac 硅片的觸發(fā)電壓。

　　有關(guān) LED 照明調(diào)光設(shè)計(jì)的更多詳細(xì)信息，可從力特下載免費(fèi)的應(yīng)用說明。

　　作者簡(jiǎn)介：吉本光一郎是力特公司半導(dǎo)體事業(yè)部晶閘管業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理。他的職責(zé)包括尋找和開發(fā)戰(zhàn)略增長(zhǎng)市場(chǎng)，并將新產(chǎn)品引入到功率控制產(chǎn)品（重點(diǎn)為晶閘管產(chǎn)品）市場(chǎng)。他擁有日本東京大學(xué)工業(yè)化學(xué)工程學(xué)學(xué)士學(xué)位。他于十年前加入力特，在電子行業(yè)從業(yè) 20 年之久。可以通過 kyoshimoto@littelfuse.com 與他取得聯(lián)系。