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[導(dǎo)讀]   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 燈具有更長的使用壽命(通

  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)相比越來越具有競爭性,有人預(yù)測 LED 照明在住宅照明市場中的份額在 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,它們在交流線路電壓每半個(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,耗電量僅為 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)變得非常簡單,因?yàn)槠湫枰鄬^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)略增長市場,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。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??梢酝ㄟ^ kyoshimoto@littelfuse.com 與他取得聯(lián)系。

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