LED可控硅调光原理及问题

　　1.前言

　　如今，LED照明已成为一项主流技术。LED手电筒、交通信号灯和车灯比比皆是，各个国家正在推动用LED灯替换以主电源供电的住宅、商业和工业应用中的白炽灯和荧光灯。换用高能效LED照明后，实现的能源节省量将会非常惊人。仅在中国，据政府*估计，如果三分之一的照明市场转向LED产品，他们每年将会节省1亿度的用电量，并可减少2900万吨的二氧化碳排放量。然而，仍有一个障碍有待克服，那就是调光问题。

　　白炽灯使用简单、低成本的前沿可控硅调光器就可以很容易地实现调光。因此，这种调光器随处可见。固态照明替换灯要想真正获得成功的话，就必须能够使用现有的控制器和线路实现调光。

　　白炽灯泡就非常适合进行调光。具有讽刺意味的是，正是它们的低效率和随之产生的高输入电流，才是调光器工作良好的主要因素。白炽灯泡中灯丝的热惯性还有助于掩盖调光器所产生的任何不稳定或振荡。在尝试对LED灯进行调光的过程中遇到了大量问题，常常会导致闪烁和其他意想不到的情况。要想弄清原因，首先有必要了解可控硅调光器的工作原理、LED灯技术以及它们之间的相互关系。

　　2.可控硅调光的原理

　　图1所示为典型的前沿可控硅调光器，以及它所产生的电压和电流波形。

　　图1 前沿可控硅调光器

　　电位计R2调整可控硅(TRIAC) 的相位角，当VC2超过DIAC的击穿电压时，可控硅会在每个AC电压前沿导通。当可控硅电流降到其维持电流(IH)以下时，可控硅关断，且必须等到C2 在下个半周期重新充电后才能再次导通。灯泡灯丝中的电压和电流与调光信号的相位角密切相关，相位角的变化范围介于0度(接近0度)到180度之间。

　　3.LED调光存在的问题

　　用于替换标准白炽灯的LED灯通常包含一个LED阵列，确保提供均匀的光照。这些LED以串联方式连接在一起。每个LED的亮度由其电流决定，LED的正向电压降约为3.4 V，通常介于2.8 V到4.2 V之间。LED灯串应当由恒流电源提供驱动，必须对电流进行严格控制，以确保相邻LED灯之间具有高匹配度。

　　LED灯要想实现可调光，其电源必须能够分析可控硅控制器的可变相位角输出，以便对流向LED的恒流进行单向调整。在维持调光器正常工作的同时做到这一点非常困难，往往会导致性能不佳。问题可以表现为启动速度慢，闪烁、光照不均匀，或在调整光亮度时出现闪烁。此外，还存在元件间不一致以及LED灯发出不需要的音频噪声等问题。这些负面情况通常是由误触发或过早关断可控硅以及LED电流控制不当等因素共同造成的。误触发的根本原因是在可控硅导通时出现了电流振荡。图2以图表形式对该影响进行了说明。

　　图2 发生在LED灯电源输入级的可控硅电流与电压振荡