中心議題：

• 雙向可控矽TRIAC調光原理
• 可控矽調光的LED驅動電源設計

解決方案：

• 可控矽調光的LED驅動電源設計

1  雙向可控矽TRIAC調光原理

市麵上大多數可控矽調光器基本結構如圖1所示，其工作原理如下：當交流電壓加雙向可控矽TRIAC兩端時，由於Rt、Ct組成的RC充電電路有一個充電時間，電容上的電壓是從0V開始充電的，並且TRIAC的驅動極串聯有一個DIAC（雙向觸發二極管

，一般是30V左右），因此TRIAC可靠截止。當Ct上的電壓上升到30V時，DIAC觸發導通，TRIAC可靠導通
，此時TRIAC兩端的電壓瞬間變為零，Ct通過Rt迅速放電，當Ct電壓跌落到30V以下時
，DIAC截止，如果TRIAC通過的電流大於其維持電流則繼續導通
，如果低於其維持電流將會截止。電感L和電容C的作用是減小電流和電壓的變化率
，以抑製電磁幹擾EMI問題。

可控矽前沿調光器若直接用於控製普通的LED驅動器，LED燈會產生閃爍，更不能實現寬範圍的調光控製。原因歸結如下：

（1）可控矽的維持電流問題。目前市麵上的可控矽調光器功率等級不同
，維持電流一般是7～75mA（驅動電流則是7～100mA）
，導通後流過可控矽的電流必須要大於這個值才能繼續導通，否則會自行關斷。

（2）阻zu抗kang匹pi配pei問wen題ti。當dang可ke控kong矽gui導dao通tong後hou，可ke控kong矽gui和he驅qu動dong電dian路lu的de阻zu抗kang都dou發fa生sheng變bian化hua
，且qie驅qu動dong電dian路lu由you於yu有you差cha模mo濾lv波bo電dian容rong的de存cun在zai
，呈cheng容rong性xing阻zu抗kang
，與yu可ke控kong矽gui調tiao光guang器qi存cun在zai阻zu抗kang匹pi配pei的de問wen題ti，因yin此ci在zai設she計ji電dian路lu時shi一yi般ban需xu要yao使shi用yong較jiao小xiao的de差cha模mo濾lv波bo電dian容rong。

（3）衝(chong)擊(ji)電(dian)流(liu)問(wen)題(ti)。由(you)於(yu)可(ke)控(kong)矽(gui)前(qian)沿(yan)斬(zhan)波(bo)使(shi)得(de)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)可(ke)能(neng)一(yi)直(zhi)處(chu)於(yu)峰(feng)值(zhi)附(fu)近(jin)，輸(shu)入(ru)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)將(jiang)承(cheng)受(shou)大(da)的(de)衝(chong)擊(ji)電(dian)流(liu)
，同(tong)時(shi)還(hai)可(ke)能(neng)使(shi)得(de)可(ke)控(kong)矽(gui)意(yi)外(wai)截(jie)止(zhi)，導(dao)致(zhi)可(ke)控(kong)矽(gui)不(bu)斷(duan)重(zhong)啟(qi)
，所(suo)以(yi)一(yi)般(ban)需(xu)要(yao)在(zai)驅(qu)動(dong)器(qi)輸(shu)入(ru)端(duan)串(chuan)接(jie)電(dian)阻(zu)來(lai)減(jian)小(xiao)衝(chong)擊(ji)。

（4）導通角較小時LED會出現閃爍。當可控矽導通角較小時
，由於此時輸入電壓和電流均較小

，導致維持電流不夠或者芯片供電Vcc不夠
，電路停止工作，使LED產生閃爍。

2  一種可控矽調光的LED驅動電源

線性調光存在的問題，即人眼在低亮度情況下對光線的細微變化很敏感
；而在較亮時，由於人眼視覺的飽和
，光線較大的變化卻不易被察覺。並提出了利用單片機編程來實現調光信號和調光輸出的非線性關係（如指數、平方等關係）的方法，使得人眼感覺的調光是一個線性平穩過程。文中設計的電路利用RC充放電電路來實現這一功能。

圖2是一種利用普通的脈寬調製PWM芯片結合外圍電路來搭建可控矽調光的LED驅動電路框圖。維持電流補償電路通過檢測R1端電壓（即輸入電流）來控製流過維持電流補償電路的電流。當輸入電流較小時
，維持電流補償電路上流過較大的電流；當輸入電流較大時，維持電流補償電路關斷
，維持電流補償以恒流源的形式保證可控矽的維持電流。調光控製電路包括比較器
、RC充放電電路和增益電路。實驗中選用一款旋鈕行程和斬波角成正比的可控矽調光器
，其最小導通角約為30°。

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根據圖2中
，RC充放電電路的輸出經過增益電路後可得電流參考為：

式中k為增益，VC為RC充放電電路的輸入電壓，τ為RC的時間係數，θ為可控矽的導通角。

則在最小導通角對應的輸出為零
，即電路輸出的最大值對應電流參考的最大值：

從式（1）和式（2）可得輸出電流表達式如式（3）所示
，輸出電流在不同RC時間係數下隨可控矽導通角之間的關係如圖3a）所示。

在斬波角為θ時，電路對應的輸入功率為：

式中Vp為輸入電壓峰值，Rin為等效輸入阻抗。

假設電路的變換效率為η
，且電路的輸出功率為PO=IO·UO
，則可得到電路的等效輸入阻抗如式（5）所示。

從式（5）可得電路的功率因數如式（6）所示
，功率因數隨可控矽的導通角的關係如圖3b）所示。

3  實驗及結果

根據以上分析，本文設計一台基於反激變換器的可控矽調光LED驅動器

，控製芯片為NCP1607；輸入交流電壓220V
，最大輸出功率為25W，最大輸出電流為0.7A；以3串（每串10隻0.8W的LED燈）相並聯作為負載
；RC時間係數選擇0.5

，增益為0.2。電路的實驗波形和工作特性曲線如圖4所示。

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圖4a）、b）、c）為可控矽導通角為115°時阻抗匹配開關驅動電壓VZ、輸入電流Iin
、輸入電壓Vin的波形
，電路的輸出電流為470mA，功率因數為0.78。從(cong)圖(tu)中(zhong)可(ke)看(kan)出(chu)，當(dang)可(ke)控(kong)矽(gui)導(dao)通(tong)瞬(shun)間(jian)，由(you)於(yu)驅(qu)動(dong)器(qi)輸(shu)入(ru)端(duan)有(you)差(cha)模(mo)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)導(dao)致(zhi)輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)有(you)衝(chong)擊(ji)電(dian)流(liu)尖(jian)峰(feng)，而(er)當(dang)輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)小(xiao)於(yu)一(yi)定(ding)值(zhi)時(shi)，阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)開(kai)關(guan)開(kai)通(tong)以(yi)保(bao)證(zheng)流(liu)過(guo)可(ke)控(kong)矽(gui)的(de)電(dian)流(liu)大(da)於(yu)其(qi)維(wei)持(chi)電(dian)流(liu)。

圖4d）為可控矽不同導通角對應的輸出電流曲線，實際調試中可控矽導通角在150°之後就接近滿載輸出了。圖4e）為可控矽在不同導通角下對應電路的cosφ曲線。

4  結語

本文分析了現有可控矽調光器用於LED驅動時存在的問題
，並根據人眼對光線反應非線性的特點，設計了一種利用普通PWM芯片結合外圍電路搭建的可控矽非線性調光LED驅動電路
，分析了電路在調光過程中的工作特性，實驗結果實現0～100%平穩無閃爍調光。