近年來(lái)，隨著全球LED商業(yè)照明市場(chǎng)的興起，包括中國(guó)在內(nèi)的眾多LED制造廠(chǎng)商紛紛將LED商業(yè)照明產(chǎn)品放在了市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的重要位置上。特別是由于近期日本、歐美等主要市場(chǎng)對(duì)LED照明產(chǎn)品提出了高效率、長(zhǎng)壽命、高功率因數(shù)、靈活擴(kuò)展、可調(diào)光等方面的要求，使得LED驅(qū)動(dòng)IC及電源行業(yè)面臨著一次新的變革。因此在未來(lái)兩年，LED燈具的智能調(diào)光尤其是在商業(yè)照明中的應(yīng)用比重將有望得到快速提高。

當(dāng)前面臨的主要挑戰(zhàn)在于LED光源價(jià)格在不斷下降，但驅(qū)動(dòng)電子技術(shù)并沒(méi)有很大的革新，價(jià)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(dòng)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(dāng)大。此外，電源的輕薄化趨勢(shì)也要求LED驅(qū)動(dòng)器 要有更小的體積。而作為消費(fèi)者，LED照明產(chǎn)品需要借助驅(qū)動(dòng)IC調(diào)光技術(shù)提供給消費(fèi)者獨(dú)特的感官體驗(yàn)。

據(jù)調(diào)查分析報(bào)告，美國(guó)市場(chǎng)目前對(duì)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(chǎng)少一點(diǎn)，但也占較大比例。此外，智能LED燈泡今年有可能會(huì)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(duì)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(jiǎn)介

分析傳統(tǒng)白熾燈、鹵素?zé)舻日{(diào)光系統(tǒng)，因?yàn)榕cLED燈相比，白熾燈和鹵素?zé)羰羌冏栊云骷@也就意味著它的電流波形和電壓波形永遠(yuǎn)是一樣的，當(dāng)采用可控硅來(lái)調(diào)光時(shí)，輸入電壓波形因可控硅導(dǎo)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(shí)現(xiàn)調(diào)光的目的。

其電原理圖如圖1 所示。虛線(xiàn)部分就是安裝在墻上的可控硅調(diào)光開(kāi)關(guān)。a-b 之間的電阻就是白熾燈負(fù)載。所以可控硅開(kāi)關(guān)直接與負(fù)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(gè)開(kāi)關(guān)，接在n的輸入端，用于控制燈的開(kāi)關(guān)。可控硅導(dǎo)通過(guò)程中，改變其內(nèi)部可調(diào)電阻的分壓比，改變其導(dǎo)通角，就可以改變其輸出電壓有效值，從而實(shí)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(shù)等，基本原理都差不多。

2、可控硅調(diào)光的缺點(diǎn)和問(wèn)題

在用可控硅調(diào)光時(shí)，還是會(huì)存在如下的一系列問(wèn)題。

(1)調(diào)光過(guò)程中，隨著內(nèi)部導(dǎo)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(shí)，隨著導(dǎo)通角越小，功率因素值越來(lái)越低(1/4 亮度時(shí)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(dòng)電路中輸入非正弦的電壓波形會(huì)在線(xiàn)路上產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾信號(hào)(EMI)。

(4)調(diào)光過(guò)程中在低負(fù)載時(shí)很容易因?yàn)榫S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(gè)泄流電阻。通常情況下這個(gè)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(duì)白熾燈調(diào)光時(shí)，當(dāng)輸入端的LC濾波器與可控硅產(chǎn)生振蕩時(shí)，由于白熾燈的熱慣性，人眼根本看不出這種振蕩。而當(dāng)可控硅調(diào)光電路與LED驅(qū)動(dòng)電路配套使用時(shí)，會(huì)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(shì)

照明市場(chǎng)發(fā)展至今，盡管可控硅調(diào)光存在著諸多的缺點(diǎn)和問(wèn)題，但是，因其發(fā)展歷史悠久，技術(shù)成熟穩(wěn)定，已經(jīng)和白熾燈還有鹵素?zé)敉昝赖慕Y(jié)合起來(lái)，占據(jù)了很大的調(diào)光市場(chǎng)。在絕大部分區(qū)域的調(diào)光場(chǎng)所，這些已經(jīng)安裝了可控硅調(diào)光的白熾燈或鹵素?zé)舻牡胤剑M(fèi)者已經(jīng)在墻壁上安裝了通向燈具的兩根連接導(dǎo)線(xiàn)，同時(shí)也在墻壁上安裝了可控硅調(diào)光器的開(kāi)關(guān)盒以及旋鈕。對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，如果能夠只是單純的更換燈頭上的白熾燈或鹵素?zé)簦挥萌ジ鼡Q墻壁上的可控硅開(kāi)關(guān)或者另外的去增加連接線(xiàn)的數(shù)目，那是比較簡(jiǎn)單的方案，也是比較為普遍消費(fèi)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?zé)魺艟咴诤涂煽毓枵{(diào)光器配合的可調(diào)光應(yīng)用場(chǎng)合，那就必須要與可控硅調(diào)光兼容。這也是目前LED驅(qū)動(dòng)IC的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)人員所共同需要面對(duì)的一個(gè)難題。如何針對(duì)可控硅調(diào)光以及LED特殊的驅(qū)動(dòng)方式，開(kāi)發(fā)出合適的IC顯得那么重要。

4、兼容可控硅調(diào)光的問(wèn)題和缺點(diǎn)

目前為止，很多大芯片公司都推出了專(zhuān)門(mén)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(huì)存在些不足。同時(shí)，兼容可控硅調(diào)光的LED目前還是在市場(chǎng)推廣中受限制，市場(chǎng)接受度還不是那么高，原因如下：

(1)可控硅技術(shù)發(fā)展至今，已經(jīng)是一個(gè)具有半個(gè)多世紀(jì)的陳舊技術(shù)。它具有很多如前所述的缺點(diǎn)，是一種早該淘汰的技術(shù)。社會(huì)發(fā)展需要一種更加先進(jìn)、更加智能化的產(chǎn)品來(lái)替換它。

(2)目前兼容可控硅調(diào)光的LED驅(qū)動(dòng)IC，很多自稱(chēng)具有PFC，可以實(shí)現(xiàn)較高的功率因素，實(shí)際上它只改善了負(fù)載的功率因素，使整體電路看上去更加接近純阻性，而實(shí)際上并沒(méi)有改善包括可控硅在內(nèi)的整個(gè)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(chǎng)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(dòng)基本上沒(méi)有，這無(wú)形中增加了很大的開(kāi)發(fā)任務(wù)。此外，真正匹配所有可控硅調(diào)光器的LED驅(qū)動(dòng)還有待長(zhǎng)時(shí)間的可靠性驗(yàn)證。

(5)安裝可控硅調(diào)光的白熾燈和鹵素?zé)羲嫉谋壤坏饺f(wàn)分之一，而在墻里安裝可控硅開(kāi)關(guān)的比例在可控硅調(diào)光的燈具里連萬(wàn)分之一都不到，因?yàn)榻^大多數(shù)安裝可控硅調(diào)光的都是臺(tái)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(kāi)關(guān)，實(shí)際上所開(kāi)發(fā)的IC根本不可能兼容所有的可控硅開(kāi)關(guān)，而只能兼容其中的一小部分。

(6)LED是一種全新的創(chuàng)世紀(jì)的技術(shù)，它有著無(wú)可比擬的優(yōu)越性。面對(duì)日益成熟的可調(diào)光LED照明產(chǎn)品市場(chǎng)的需求，可控硅調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)需要持之以恒的進(jìn)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(chǎng)，簡(jiǎn)單容易被消費(fèi)者所使用，符合人們的使用習(xí)慣。所以推廣LED可控硅具有很好的市場(chǎng)前景。然而，在目前絕大多數(shù)LED調(diào)光的應(yīng)用場(chǎng)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(jià)等方面還需進(jìn)一步做出努力，以擴(kuò)大可控硅調(diào)光在LED照明調(diào)光的應(yīng)用范圍。

【廈門(mén)大學(xué)物理與機(jī)電學(xué)院周珍富、廈門(mén)大學(xué)物理與機(jī)電學(xué)院王亞軍副教授、陳艷玲 、賈迎春、郭捷、倪斌等人對(duì)本文均有貢獻(xiàn)】