以三端及四端双向可控硅开关元件控制LED照明

发光二极管(LED)正迅速成为最流行的照明选择。业界预测，由于工商业照明领域未来极大的增长，预计从2011年~2016年，该市场将继续以每年20%的速度扩大。鉴于白炽灯已经过时，而LED使用寿命长(通常为25,000小时)，并适用于许多不同的插座和形状的要求，所以白炽灯经常被替换成LED，以此响应美国政府关于节省能源的指令。 　　然而，LED照明控制会出现一些白炽灯所没有遇到过的问题。例如，由于LED负载的电流相比少得多，正常类型的三端双向可控硅开关元件在闭锁电流和保持电流特性方面将面临挑战。三端双向可控硅元件是AC调光控制器的心脏。三端双向可控硅调光器通常是根据符合白炽灯负载特性特别研制的，它在稳态条件下和启动时都具有较高的额定电流和耐冲击浪涌电流，并且当灯丝断裂时会有非常高的临终耐冲击电流。 　　因为它们是二极管，LED相比白炽灯有着低很多的稳态电流，并且它们的初始导通电流在几微秒的时间内比每半周期的AC线路电压要高得多。因此，在每个交流半周期的开始可以看到一个电流尖峰。图1是典型的电流尖峰。通常情况下，需要替代的交流灯泡电流尖峰为6A~8A，尖峰稳态后的后续电流低于100mA。 　　家居照明灯具用LED灯的功率可以达到7.5W(A19灯泡450流明)或许更高，因为一个吊灯通常有四至十个射灯。相比之下，50个圣诞装饰灯的灯串总功率只有4.8W。一种为嵌入式吸顶灯设计的LED散光灯，可以取代一个产生750流明的功率仅为13W(BR30)典型的长丝装置，而老的长丝照明装置通常需要消耗65W的功率。 　　当使用新的Q6008LH1LED或Q6012LH1LED系列的三端双向可控硅元件时，设计控制LED光输出的AC电路很简单，因为只需要少数器件，所需要的只是一个点火/触发电容器、一个电位器和一个电压导通的触发装置。 　　通过使用两个反向并联敏感门极可控硅整流器(SCR)S4X8ES1作为电压导通的触发装置，控制电路可以产生各种不同的光级输出。 　　另外，通过使用两个反向并联敏感门极可控硅整流器SCR作为触发装置可以实现低滞后控制，因为两个SCR形成一个完整的反击穿触发。图2显示了适用于以上情况的一个控制电路，可能很适合LED散光灯(例如BR30LED灯)，可以调暗它以产生一个低级光输出或转向到近180°的全光输出。 　　该电路允许灯在每个AC半周期打开近180°，此外，RC定时开启可能会推迟到每半周期上的有着非常低的光输出的小导通角上。Q60xxLH1LED三端双向可控硅系列产品以低的保持电流和闭锁电流特性让三端双向可控硅开关元件保持在非常低的电流水平。 　　两个反向平行感光门可控硅整流器(S4X8ES1)的门级都绑在一起，产生一个带有全面反击穿电压并生产很低的滞后的极低电压触发装置。这让电位器能够设置为当线路开关时让一个低导通角即时开启的特性(欲了解更多信息或想了解滞后现象，请看Littelfuse的应用笔记AN1003：使用可控硅的相位控制)。 　　图3的电路原理图改善了旧的相位控制/调光电路，只产生了微弱的磁滞。如图所示，除了转向二极管周围的C1点火电容器，滞后可以被完全消除。 　　如果宽泛的控制范围(从全亮到非常暗)和低滞后并不是应用的关键，就可以使用新的LittelfuseQ6008LTH1LED或Q6012LTH1LED系列的QUADRAC设备去设计简单的可变光控制(器件QUADRAC移动器件是把单一的双向开关二极管和三端双向可控硅开关元件结合在一起的一种特殊类型的半导体闸流管)。 　　如图4所示的电路，通过在一个TO-220独立封装把触发和三端双向可控硅开关元件结合起来，可以进一步降低元件数量。该控制电路可适用于电压低一点的全导通电压，因为它有更高的VBO的触发装置，提供了一个调光功能，能把每个交流半周期从175°调到90°。 　　其中，电位器是250kΩ与内置的固定端3kΩ最小电阻。该四端双向可控硅开关元件(QUADRAC器件)的型号为QxxxxLTH1LED，拥有更灵敏的可控硅芯片(低栅流和保持电流特性)。RL的最低LED负载是10W，电路的最低LED负载也是10W，也就是内置的双向开关二极管模的触发电压。 　　交流电路中的LED灯的负载可能非常简单，如图5所示，或有可能是额外的元器件细化，例如，滤波电容。添加的元件将决定LED的灯负载是否是可调光。LED灯负载越简单，可调光的可能性就越大。 　　因为滤波电容器可能会增强最小直流电流，可控硅器件锁存器可以即使没有变化的低于最低可控硅保持电流的情况下正常运转。