可調(diào)光LED照明燈燈具應(yīng)用設(shè)計(jì)的關(guān)鍵探討

　　近年來(lái)，隨著LED燈具的出現(xiàn)，照明領(lǐng)域發(fā)生了革命性的變化。在歐洲和美國(guó)的零售商店，古老的白熾燈泡已難覓蹤跡，甚至禁止銷(xiāo)售。而在替代燈具市場(chǎng)，低功耗的緊湊型熒光燈（CFL）現(xiàn)在面臨著新的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。LED技術(shù)正在不斷改進(jìn)，LED燈具在亮度和功率方面日益強(qiáng)大。這些特性再加上其特有的高能效，使LED燈具成為照明的理想選擇。

　　一般白熾燈泡每瓦能產(chǎn)生10流明，而LED制造商宣稱(chēng)LED燈具每瓦最高可達(dá)到100流明。然而，外形和最高工作溫度的局限使得LED難以發(fā)揮全部潛力。目前性能最好的LED替代燈具，效率可達(dá)到每瓦50-60流明。因此，LED燈具在效率標(biāo)準(zhǔn)方面與CFL燈具已經(jīng)難分伯仲（注：CFL燈的效率范圍為每瓦60-70流明，且改進(jìn)潛力有限）。

　　生態(tài)問(wèn)題也日益受到公眾關(guān)注。隨著人們對(duì)全球變暖和氣候變化等環(huán)境問(wèn)題的意識(shí)不斷提高，節(jié)約資源和能源的理念正成為很多市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)策略的要點(diǎn)。過(guò)去10年間汽車(chē)油耗的降低和白熾燈的禁用很好地說(shuō)明了這一趨勢(shì)。全球多國(guó)政府已經(jīng)制定白熾燈淘汰的時(shí)間表。還有一些公共政策專(zhuān)門(mén)為節(jié)能環(huán)保的“生態(tài)”產(chǎn)品提供寬松的稅收支持或其他財(cái)務(wù)幫助。

　　LED的內(nèi)在優(yōu)勢(shì)非常符合公眾對(duì)安全、節(jié)能和環(huán)保照明解決方案的熱切期盼。LED還有許多其他優(yōu)點(diǎn)，如較高的調(diào)光能力、較長(zhǎng)的使用壽命和較小的外形尺寸，在外形、顏色、壽命和成本方面打開(kāi)了方便之門(mén)。

　　采用在機(jī)械、光、電和熱等各方面都兼容的LED照明解決方案替代傳統(tǒng)的照明源（熒光燈、CFL節(jié)能燈、鹵素?zé)艋蚱渌谉霟簦┦且粓?chǎng)正在發(fā)生的工業(yè)變革。商務(wù)、辦公和住宅照明市場(chǎng)呼喚高質(zhì)量的LED改良燈具。盡管成本問(wèn)題仍然是這些解決方案的主要障礙，但同時(shí)還需要注意以下技術(shù)問(wèn)題：

　　• 與現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的電氣兼容性，特別在使用標(biāo)準(zhǔn)入墻式插座調(diào)光器時(shí)。

　　• 外形須采用螺口型式

　　• 必須解決LED的散熱問(wèn)題

　　1.1 調(diào)光器的兼容性

　　目前，家庭、旅館和辦公場(chǎng)所照明燈具的控制設(shè)備都是針對(duì)白熾燈設(shè)計(jì)安裝的。提供調(diào)光功能的最好方法是使用“市電切相”調(diào)光器。這種調(diào)光器原理上是為白熾燈供電而開(kāi)發(fā)的。從電學(xué)方面看，白熾燈可視為一個(gè)電阻性負(fù)載。

　　而電子照明源（如CFL節(jié)能燈或LED燈）的電氣等效負(fù)載則不再是純阻性負(fù)載。這樣在調(diào)光器工作方式上就產(chǎn)生了很大的不同。負(fù)載使用不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)功能失常，可能出現(xiàn)令人非常不舒服的閃爍、甚至損壞燈具或調(diào)光器。這樣可能引起用戶(hù)不滿(mǎn)，從而推遲采用LED解決方案。目前，調(diào)光器仍然價(jià)格昂貴且難以安裝。因此，推出兼容現(xiàn)有調(diào)光器的優(yōu)質(zhì)解決方案成為兌現(xiàn)LED照明推廣承諾的必然。

　　切相調(diào)光器雖然類(lèi)型各異，但是工作原理基本相同（即在每個(gè)周期切掉部分電源正弦波）。這可以通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。開(kāi)關(guān)接通時(shí)，電源就輸送到負(fù)載（燈泡）。開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，則不供電。通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，就可以調(diào)節(jié)供給負(fù)載的總能量。

　　調(diào)光器分為兩類(lèi)：前沿切相型和后沿切相型。見(jiàn)圖 1。

　　• 前沿切相調(diào)光器，就是在電源半周期開(kāi)始時(shí)切相。經(jīng)過(guò)了與調(diào)光位置相對(duì)應(yīng)的一段時(shí)間后，開(kāi)關(guān)才導(dǎo)通為負(fù)載供電直至半周期結(jié)束。經(jīng)過(guò)零點(diǎn)后，重復(fù)相同操作。見(jiàn)圖 1和圖 2。

　　• 后沿切相調(diào)光器，就是開(kāi)關(guān)在半周期開(kāi)始時(shí)導(dǎo)通，經(jīng)過(guò)與調(diào)光位置相對(duì)應(yīng)的一段時(shí)間后斷開(kāi)，并將斷開(kāi)狀態(tài)保持至半周期結(jié)束。經(jīng)過(guò)零點(diǎn)后，重復(fù)相同操作。見(jiàn)圖 3和圖 4。

　　圖1. 前沿型-調(diào)光器最大位置

　　圖2. 前沿型-調(diào)光器最小位置

　　圖3. 后沿型-調(diào)光器最大位置

　　圖4. 后沿型-調(diào)光器最小位置

　　要完成切相，主要使用兩個(gè)技術(shù)：TRIAC（雙向可控硅）開(kāi)關(guān)或晶體管開(kāi)關(guān)。TRIAC調(diào)光器多為前沿切相調(diào)光器。晶體管開(kāi)關(guān)既可以是前沿切相調(diào)光器也可以是后沿切相調(diào)光器。TRIAC調(diào)光器的問(wèn)題是它需要滿(mǎn)足特殊的條件才能正常工作：TRIAC可以通過(guò)觸發(fā)柵極來(lái)打開(kāi)，一旦觸發(fā)，仍需要一個(gè)最小的電流來(lái)維持其處于導(dǎo)通狀態(tài)。這個(gè)觸發(fā)電流被稱(chēng)為“閂鎖電流”，而且為了保持TRIAC導(dǎo)通，電流必須加載一段時(shí)間。一旦器件被閂鎖，必須有持續(xù)的電流供應(yīng)。這個(gè)電流被稱(chēng)為“保持電流”。如果這個(gè)電流斷開(kāi)或減弱，TRIAC將關(guān)斷。為了兼容調(diào)光器，LED燈具必須吸收調(diào)光器所需的保持電流。例如，如果一只6W的LED燈（大致相當(dāng)于40W的白熾燈泡）要與一個(gè)最小負(fù)載為10W的調(diào)光器配合使用，就需要一些額外電路來(lái)提供足夠的保持電流。在這種情況下，燈泡效率會(huì)降低，但與40W相比仍然是高效率。如果沒(méi)有這個(gè)電路，LED燈則無(wú)法正常工作。不同調(diào)光器的保持電流有所不同。因此，額外損耗越大，與調(diào)光器的兼容性就越好?？烧{(diào)光應(yīng)用的設(shè)計(jì)難點(diǎn)就在于找到燈具效率和調(diào)光器兼容性之間的最佳權(quán)衡。

　　恩智浦的SSL2101（及其衍生產(chǎn)品SSL2102）有兩個(gè)由IC控制的集成泄放開(kāi)關(guān)。通過(guò)外接電阻，可以設(shè)置兩個(gè)不同的泄放電流。IC為電流選擇提供了更大的靈活性，并優(yōu)化了調(diào)光器兼容性。SSL2103（SSL2101的僅控制器集成版本）中則去掉了集成的泄放開(kāi)關(guān)，但可以用低成本的外部雙極型開(kāi)關(guān)（仍由IC驅(qū)動(dòng)）代替，可選擇提供更高的泄放電流。同時(shí)，該版本還移除用于轉(zhuǎn)換器操作的內(nèi)置MOSFET，但可以進(jìn)行外部修正，從而形成滿(mǎn)足特定調(diào)節(jié)要求的解決方案。