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使用三端雙向可控矽和四端雙向可控矽控制LED照明
 

【作者: Littelfuse】   2024年09月26日 星期四

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發光二極體(LED)正迅速成為最流行的照明選擇。在美國政府的節能政策下,白熾燈基本上已經被淘汰,LED因其壽命長(通常為25,000小時)、易於適應多種不同的插座和形狀要求而經常被取代。


然而,LED照明控制存在一些白熾燈不會遇到的問題。例如,由於LED負載產生的電流少得多,一般類型的三端雙向可控矽在鎖定和保持電流特性方面可能會受到挑戰。


三端雙向可控矽是交流調光控制的核心。調光器中使用的三端雙向可控矽通常是針對白熾燈負載而設計和指定的,白熾燈負載在穩態條件下有很高的額定電流,在初始時有很高的浪湧電流,當燈絲斷裂時有很高的壽終浪湧電流。


由於LED是二極體,因此其穩定電流遠低於白熾燈,而在交流線電壓的每個半週期的幾個微秒內,LED的初始開機電流可能會高得多。因此,在每個AC半週的開始時,會出現尖峰電流。圖一展示了典型的尖峰電流。一般而言,交流替換燈的尖峰電流為6-8 A峰值;穩態跟隨電流小於100 mA。



圖一 : 在LED每個AC半週開始時會出現典型的尖峰電流。
圖一 : 在LED每個AC半週開始時會出現典型的尖峰電流。

家用照明用LED燈可能需要7.5 W(A19燈泡-450流明)或更高的功率,一盞吊燈通常需要四到十個燈。相比之下,一串50盞裝飾性聖誕燈的總功率可能只有4.8 W。用於嵌入式天花板燈具的LED泛光燈可取代產生750流明亮度的典型燈絲裝置,其功耗僅為13 W (BR30),相比之下,舊燈絲裝置的功耗通常為65 W。


當使用全新的Q6008LH1LED或Q6012LH1LED系列Triac時,由於只需要幾個元件,因此設計控制LED燈輸出的AC電路非常簡單。只需要一個觸發/觸發電容、一個電位器和一個電壓分離觸發裝置。


透過使用兩個反向平行敏感閘極矽控整流器(SCR)S4X8ES1作為電壓回歸觸發裝置,控制電路可產生寬範圍的光級輸出。此外,使用兩個反向並聯的敏感閘極SCR作為觸發裝置,由於兩個SCR形成一個完整的回斷觸發,因此可以實現低遲滯控制。圖二展示了這種控制的電路圖,它可能是嵌入式泛光燈(例如BR30LED燈)的理想選擇,可以調暗以產生低水準的光輸出,或調高至接近180°的全光輸出。



圖二 : 可產生寬範圍的光級輸出的控制電路圖
圖二 : 可產生寬範圍的光級輸出的控制電路圖

此電路可讓燈管在每個AC半週期中幾乎以完整的180°開啟;此外,RC定時開啟可延遲到每個半週期中一個很小的導通角,以獲得非常低的光輸出。


Q60xxLH1LE三端觸發器系列具有低保持和鎖定電流特性,可使三端觸發器在非常低的電流水平下保持導通。兩個反向並聯的敏感閘極可控矽(S4X8ES1)的閘極被綁在一起,產生一個具有全回斷電壓的極低電壓觸發裝置,產生非常低的遲滯。這可讓電位器設定為低導通角度,在線路開關關閉和開啟時立即導通。


圖三中的電路圖改善了遲滯效果不佳的舊式相位控制/調光器電路。如圖三所示,在C1啟動電容周圍加上轉向二極體,就可以消除遲滯現象。



圖三 : 改善遲滯效果不佳的舊式相位控制/調光器電路的電路圖
圖三 : 改善遲滯效果不佳的舊式相位控制/調光器電路的電路圖

如果大控制範圍(全亮到極暗)和低遲滯對應用來說並非關鍵,則可以使用新型Littelfuse Q6008LTH1LED或Q6012LTH1LED系列Quadrac器件來設計簡單的可變光控制。(Quadrac 器件是一種特殊類型的晶閘管,在單一封裝中結合了diac和triac)。


圖四所示的電路將二端雙向可控矽觸發裝置和交流三端可控矽結合在單一TO-220隔離安裝片封裝中,進一步減少了元件數量。由於diac觸發裝置的開關VBO較高,此控制電路允許較低的全開啟電壓,但提供從每個交流半週期的175°到小於90°工作的調光功能。



圖四 : 將二端雙向可控矽觸發裝置和交流三端可控矽結合在單一TO-220隔離安裝片封裝的電路圖
圖四 : 將二端雙向可控矽觸發裝置和交流三端可控矽結合在單一TO-220隔離安裝片封裝的電路圖

圖四有下列的注意事項:電位器為250 kΩ,內建最小3 kΩ的固定端電阻。quadrac 裝置為QxxxxLTH1LED,具有更靈敏的triac die(低閘極和保持電流特性)。RL為最小10 W的LED負載。VC與內建 diac die的觸發電壓相同。


用於交流電路的LED燈負載可能非常簡單,如圖五所示,也可能有額外的直流細化元件,例如濾波電容。附加元件的存在將決定LED燈負載是否可調光。LED燈負載越簡單,就越有可能是可調光的,因為濾波電容可能會將最小直流電流增加到晶閘管器件可以鎖定的水準,而不會在晶閘管最小保持電流以下降低不同的交流電流。



圖五 : 用於交流電路的LED燈負載,也可能有額外的直流細化元件。
圖五 : 用於交流電路的LED燈負載,也可能有額外的直流細化元件。
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