可控硅調(diào)光LED照明的應用分析

近年來，隨著全球LED商業(yè)照明市場的興起，包括中國在內(nèi)的眾多LED制造廠商紛紛將LED商業(yè)照明產(chǎn)品放在了市場開發(fā)的重要位置上。特別是由于近期日本、歐美等主要市場對LED照明產(chǎn)品提出了高效率、長壽命、高功率因數(shù)、靈活擴展、可調(diào)光等方面的要求，使得LED驅(qū)動IC及電源行業(yè)面臨著一次新的變革。因此在未來兩年，LED燈具的智能調(diào)光尤其是在商業(yè)照明中的應用比重將有望得到快速提高。 　　當前面臨的主要挑戰(zhàn)在于LED光源價格在不斷下降，但驅(qū)動電子技術并沒有很大的革新，價格一直居高不下，成本上有壓力。其次，由于LED照明多采用電流驅(qū)動模式，而現(xiàn)有的調(diào)光器多是電壓調(diào)光，所以在兼容性方面的挑戰(zhàn)也相當大。此外，電源的輕薄化趨勢也要求LED驅(qū)動器要有更小的體積。而作為消費者，LED照明產(chǎn)品需要借助驅(qū)動IC調(diào)光技術提供給消費者獨特的感官體驗。 　　據(jù)調(diào)查分析報告，美國市場目前對調(diào)光產(chǎn)品需求較大，幾乎100%都是調(diào)光產(chǎn)品。歐洲市場少一點，但也占較大比例。此外，智能LED燈泡今年有可能會出現(xiàn)大規(guī)模商用。而這其中絕大部分調(diào)光產(chǎn)品都是配合可控硅調(diào)光器使用的。因此針對可控硅調(diào)光的LED照明產(chǎn)品的研究就顯得很有意義。 　　1、可控硅調(diào)光簡介 　　分析傳統(tǒng)白熾燈、鹵素燈等調(diào)光系統(tǒng)，因為與LED燈相比，白熾燈和鹵素燈是純阻性器件，這也就意味著它的電流波形和電壓波形永遠是一樣的，當采用可控硅來調(diào)光時，輸入電壓波形因可控硅導通角度變化而偏離正弦波，也就是改變輸入電壓的有效值，就可以實現(xiàn)調(diào)光的目的。 　　其電原理圖如圖1所示。虛線部分就是安裝在墻上的可控硅調(diào)光開關。a-b之間的電阻就是白熾燈負載。所以可控硅開關直接與負載是串聯(lián)的。 圖1 可控硅調(diào)光的電路圖和波形圖 　　可控硅電位器中帶一個開關，接在n的輸入端，用于控制燈的開關?？煽毓鑼ㄟ^程中，改變其內(nèi)部可調(diào)電阻的分壓比，改變其導通角，就可以改變其輸出電壓有效值，從而實現(xiàn)調(diào)光功能。除了可控硅以外，還有晶體管前沿、后沿調(diào)光技術等，基本原理都差不多。 　　2、可控硅調(diào)光的缺點和問題 　　在用可控硅調(diào)光時，還是會存在如下的一系列問題。 　　(1)調(diào)光過程中，隨著內(nèi)部導通角的變化，輸入電壓正弦波被可控硅破壞了，從而降低了功率因素值(PF)，通常PF低于0.5，而且在調(diào)光時，隨著導通角越小，功率因素值越來越低(1/4亮度時只有0.25)。 　　(2)如上，輸入電壓正弦波被破壞了，非正弦的波形加大了諧波系數(shù)。 　　(3)LED驅(qū)動電路中輸入非正弦的電壓波形會在線路上產(chǎn)生嚴重的干擾信號(EMI)。 (4)調(diào)光過程中在低負載時很容易因為維持電流不足而出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，解決措施是必須加上一個泄流電阻。通常情況下這個泄流電阻至少要消耗1-2瓦的功率，這就降低了恒流源電路的效率。 　　(5)在使用可控硅調(diào)光電路對白熾燈調(diào)光時，當輸入端的LC濾波器與可控硅產(chǎn)生振蕩時，由于白熾燈的熱慣性，人眼根本看不出這種振蕩。而當可控硅調(diào)光電路與LED驅(qū)動電路配套使用時，會產(chǎn)生音頻噪音和閃爍，這往往是不可接受的。 　　3、可控硅調(diào)光的優(yōu)勢 　　照明市場發(fā)展至今，盡管可控硅調(diào)光存在著諸多的缺點和問題，但是，因其發(fā)展歷史悠久，技術成熟穩(wěn)定，已經(jīng)和白熾燈還有鹵素燈完美的結合起來，占據(jù)了很大的調(diào)光市場。在絕大部分區(qū)域的調(diào)光場所，這些已經(jīng)安裝了可控硅調(diào)光的白熾燈或鹵素燈的地方，消費者已經(jīng)在墻壁上安裝了通向燈具的兩根連接導線，同時也在墻壁上安裝了可控硅調(diào)光器的開關盒以及旋鈕。 　　對于消費者來說，如果能夠只是單純的更換燈頭上的白熾燈或鹵素燈，而不用去更換墻壁上的可控硅開關或者另外的去增加連接線的數(shù)目，那是比較簡單的方案，也是比較為普遍消費者所能夠接受的一種做法。這就意味著LED照明產(chǎn)品真正如果想要去完全取代替換白熾燈和鹵素燈燈具在和可控硅調(diào)光器配合的可調(diào)光應用場合，那就必須要與可控硅調(diào)光兼容。這也是目前LED驅(qū)動IC的開發(fā)設計人員所共同需要面對的一個難題。如何針對可控硅調(diào)光以及LED特殊的驅(qū)動方式，開發(fā)出合適的IC顯得那么重要。 　　4、兼容可控硅調(diào)光的問題和缺點 　　目前為止，很多大芯片公司都推出了專門與現(xiàn)有可控硅調(diào)光相匹配兼容的芯片以及解決方案，但是，目前這些解決方案還是會存在些不足。同時，兼容可控硅調(diào)光的LED目前還是在市場推廣中受限制，市場接受度還不是那么高，原因如下： 　　(1)可控硅技術發(fā)展至今，已經(jīng)是一個具有半個多世紀的陳舊技術。它具有很多如前所述的缺點，是一種早該淘汰的技術。社會發(fā)展需要一種更加先進、更加智能化的產(chǎn)品來替換它。 　　(2)目前兼容可控硅調(diào)光的LED驅(qū)動IC，很多自稱具有PFC，可以實現(xiàn)較高的功率因素，實際上它只改善了負載的功率因素，使整體電路看上去更加接近純阻而實際上并沒有改善包括可控硅在內(nèi)的整個系統(tǒng)的功率因素。 　　(3)如上所述，為了保持可控硅的維持電流不足，很多兼容可控硅的LED調(diào)光系統(tǒng)都需要額外加上泄流電阻，從而增加損耗，使得LED調(diào)光系統(tǒng)的整體效率都十分低下，這就完全損壞了LED的高能效的初衷。 　　(4)目前可控硅調(diào)光LED系統(tǒng)市場發(fā)展參差不齊，真正完全匹配兼容所有可控硅調(diào)光器的LED驅(qū)動基本上沒有，這無形中增加了很大的開發(fā)任務。此外，真正匹配所有可控硅調(diào)光器的LED驅(qū)動還有待長時間的可靠性驗證。 　　(5)安裝可控硅調(diào)光的白熾燈和鹵素燈所占的比例不到萬分之一，而在墻里安裝可控硅開關的比例在可控硅調(diào)光的燈具里連萬分之一都不到，因為絕大多數(shù)安裝可控硅調(diào)光的都是臺燈、床頭燈、立燈。更何況市面上有幾十種不同規(guī)格的可控硅和晶體管調(diào)光開關，實際上所開發(fā)的IC根本不可能兼容所有的可控硅開關，而只能兼容其中的一小部分。 　　(6)LED是一種全新的創(chuàng)世紀的技術，它有著無可比擬的優(yōu)越性。面對日益成熟的可調(diào)光LED照明產(chǎn)品市場的需求，可控硅調(diào)光LED驅(qū)動的開發(fā)需要持之以恒的進行。 　　由于可控硅調(diào)光器廣泛使用于白熾燈等傳統(tǒng)照明市場，簡單容易被消費者所使用，符合人們的使用習慣。所以推廣LED可控硅具有很好的市場前景。然而，在目前絕大多數(shù)LED調(diào)光的應用場合，可控硅調(diào)光在電路的功率因數(shù)、調(diào)光閃爍等調(diào)光性能和造價等方面還需進一步做出努力，以擴大可控硅調(diào)光在LED照明調(diào)光的應用范圍。