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，據政府當 局估計，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。

　　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。

　　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。

　　

　　Power Integrations (PI)最近所取得的技術(shù)進(jìn)展為如何解決LED驅動(dòng)和可控硅的兼容性問(wèn)題提供了參考范例。圖3是PI開(kāi)發(fā)的可控硅調光的14 W LED驅動(dòng)器的電路圖。

圖3. 隔離式可控硅調光的高功率因數通用輸入14 W LED驅動(dòng)器的電路圖

　　本設計采用了LinkSwitch-PH系列器件LNK406EG (U1)。LinkSwitch-PH系列LED驅動(dòng)器IC同時(shí)集成了一個(gè)725 V功率MOSFET和一個(gè)連續導通模式初級側PWM控制器�？刂破骺蓪�(shí)現單級主動(dòng)功率因數校正(PFC)和恒流輸出。LinkSwitch-PH系列器件所采用的初級側控制技術(shù)可提供高精度恒流控制(性能遠優(yōu)于傳統的初級側控制技術(shù))，省去了隔離反激式電源中常用的光耦器和輔助電路(即次級側控制電路)，同時(shí)控制器中的PFC部分還省去了大容量電解電容。

　　LinkSwitch-PH系列器件可設置為調光或非調光模式。對于可控硅相位調光應用，可在參考(REFERENCE)引腳上使用編程電阻(R4)和在電壓監測(VOLTAGE MONITOR)引腳上使用4 MΩ (R2+R3)電阻，使輸入電壓和輸出電流之間保持線(xiàn)性關(guān)系，從而擴大調光范圍。

　　連續導通模式具有兩大優(yōu)勢：降低導通損耗(從而提高效率)和降低EMI特征。EMI特征降低后，使用較小的輸入EMI濾波器即可滿(mǎn)足EMI標準�？墒∪ヒ粋�(gè)X電容，并省去共模扼流圈或減小其尺寸。LinkSwitch-PH器件中內置的高壓功率MOSFET開(kāi)關(guān)頻率抖動(dòng)功能還可進(jìn)一步降低濾波要求。輸入EMI濾波器尺寸減小意味著(zhù)驅動(dòng)電路的電阻性阻抗隨之減小，其重要好處就是能大幅降低輸入電流振蕩。由于LinkSwitch-PH由其內部參考電源供電，因此可進(jìn)一步增強穩定性。對于可調光應用，增加主動(dòng)衰減電路和泄放電路可確保LED燈在極寬的調光范圍內穩定工作，且無(wú)任何閃爍。

　　恒流控制允許有±25%的電壓擺幅，這樣就無(wú)需根據正向電壓降對LED進(jìn)行編碼，并且±5%的差異仍可確保一致的LED亮度。

　　這個(gè)14 W LED設計實(shí)現了與標準前沿可控硅AC調光器兼容、極寬調光范圍(1000:1，500 mA:0.5 mA)、高效率(> 85%)和高功率因數(> 0.9)的目標。它說(shuō)明與LED燈可控硅調光相關(guān)的問(wèn)題是可以克服的，甚至可以簡(jiǎn)化驅動(dòng)器設計，使可調光LED燈更具成本效益，且達到一致和可靠的性能。

    可控硅導通時(shí)，AC市電電壓幾乎同時(shí)施加到LED燈電源的LC輸入濾波器。施加到電感的電壓階躍會(huì )導致振蕩。如果調光器電流在振蕩期間低于可控硅電流，可控硅將停止導電�？煽毓栌|發(fā)電路充電，然后重新導通調光器。這種不規則的多次可控硅重啟動(dòng)，可使LED燈產(chǎn)生不需要的音頻噪聲和閃爍。設計更為簡(jiǎn)單的EMI濾波器有助于降低此類(lèi)不必要的振蕩。要想實(shí)現成功調光，輸入EMI濾波器電感和電容還必須盡可能地小。

　　振蕩的最差條件表現為90度相位角(這時(shí)，輸入電壓達到正弦波峰值，突然施加到LED燈的輸入端)，并且為高輸入電壓(這時(shí)，調光器的正向電流達到最低水平)。當需要深度調光(比如相位角接近180度)且為低輸入電壓時(shí)，則會(huì )發(fā)生過(guò)早關(guān)斷。要可靠地調低光度，可控硅必須單調導通，并停留在A(yíng)C電壓幾乎降至零伏的點(diǎn)上。對于可控硅來(lái)說(shuō)，維持導通所需的維持電流通常介于8 mA到40 mA之間。白熾燈比較容易維持這種電流大小，但對于功耗僅為等效白熾燈10%的LED燈來(lái)說(shuō)，該電流可降低到可控硅維持電流以下，導致可控硅過(guò)早關(guān)斷。這樣就會(huì )造成閃爍和/或限制可調光范圍。