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°。

[page]

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。

[page]

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。