LED相控调光的分类方式

按LED相控调光的工作方式可以分为前沿相控调光、后沿相控调光和数字相控调光几类，下面分别对他们的工作原理加以介绍。

3.2.2.1 前沿相控调光

前沿相控调光（前切调光）由于电路实现简单所以得到了广泛的应用，开关器件常用晶闸管，通过控制晶闸管的导通角来实现对输出交流电有效值的控制，达到调光控制目的。典型的晶闸管前沿相控调光电路与LED灯负载的电路连接图如图3-9所示，晶闸管的擎住电流和维持电流足够时，晶闸管前沿相控调光器的工作电压波形如图3-10所示，晶闸管前沿相控调光器的电路工作原理图如图3-11所示。

图3-9 LED晶闸管相控调光工作原理图

图3-10 擎住电流和维持电流足够时相控调光器工作波形

图3-11 晶闸管前沿相控调光电路工作原理图

在图3-11所示电路中通过调节电位器RP₁的阻值就可以调节RC充放电时间常数，从而控制晶闸管TR₁的导通延迟时间（即晶闸管TR₁的触发导通时间），晶闸管TR₁的导通时间与晶闸管的导通角有关，最终输出的交流市电波形为图3-10所示的切相正弦波。白炽灯为纯阻性负载，晶闸管前沿相控调光电路在白炽灯调光的应用场合有很好的应用，随着晶闸管导通角的变化，加到白炽灯灯丝的平均电压也发生变化，从而产生平滑的调光控制效果。

晶闸管相控调光器需要在晶闸管触发后能够擎住电流，并且在触发后的导通期间内能够维持晶闸管的导通电流。如果不能满足这两种电流，晶闸管相控调光器会出现误触发和LED发光闪烁的问题。如图3-12所示，如果流过晶闸管相控调光器的擎住电流和维持电流不足，晶闸管相控调光器将会出现不正常关断的问题，影响晶闸管相控调光的使用效果^[13]。

图3-12 擎住电流和维持电流不足时晶闸管相控调光器的工作波形

对LED晶闸管前沿相控调光，目前最大的问题在于调光器的兼容性。传统晶闸管相控调光器的原始设计是要处理数百瓦白炽灯泡消耗的功率，所以很容易满足对相控晶闸管最低维持电流的要求，而功率小于20W的LED灯泡，在采用晶闸管前沿相控调光时，相控晶闸管工作时需要有一个最低的维持电流，在晶闸管整个导通角内通过相控晶闸管的电流必须大于这个最小维持电流，以确保相控晶闸管的可靠导通。

并且，采用由大功率开关器件晶闸管构成的晶闸管前沿相控调光电路会和LED驱动电路之间产生相互影响。如果相控调光器和LED驱动电路之间的相互影响不稳定，就会出现LED光输出发光闪烁的问题，影响LED相控调光电路的正常使用。为了防止LED调光发光闪烁，实用中还需要考虑一些稳定LED晶闸管前沿相控调光电路工作的特别要求。

当LED灯具进行调光工作时，相控晶闸管有可能误触发而导致在整个导通角内不能为LED灯负载提供足够的工作电流，而相控晶闸管的这种误触发导通在整个交流市电整流输出的全波输出通常是不对称的，导通角有可能在两个或多个点振荡变化，这种导通角位置的振荡变化被放大后由于低频市电（50Hz/60Hz）的原因就会产生LED发光闪烁的现象。

图3-13 晶闸管相控调光电路误触发的波形

晶闸管相控调光电路在电压和电流下降的导通角结束阶段通常会出现误触发的现象，这时相控晶闸管的触发角不固定，具体情况和误触发的出现时刻有关，波形图如图3-13所示。

为了避免调光发光闪烁现象的出现，晶闸管相控前沿调光电路在设计时应考虑到这个问题，确保晶闸管相控前沿调光电路可靠工作。

在LED低调光亮度输出的工作条件下，由于LED灯负载的功耗非常低，LED灯负载吸收的电流要小于相控调光晶闸管的维持电流。LED驱动电路的输入电容允许在相控调光晶闸管导通时有大量的浪涌电流流过。这会使LED驱动电路输入级和输入电容产生输入电流振荡，并有可能使输入电流低于相控晶闸管的维持电流。这两种原因都会产生LED灯负载调光范围受限和/或调光发光闪烁等不良情况。

要克服这些问题，需在调光应用中集成泄放电路和衰减电路这两个功能电路块（参见下面关于泄放电路和衰减电路的有关内容）。这两个功能电路块的缺点是会增大电路功耗，降低电路的工作效率。

图3-14表示理想前沿相控晶闸管调光器输入端的输入电压及电流波形。在图3-14中，晶闸管导通角为90°，图3-15表示整流后输出的理想总线电压和电流波形^[11]。

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图3-14 前沿晶闸管相控调光器在90°导通角下的理想输入电压及电流波形

图3-15 理想晶闸管相控调光器输出整流后形成的波形

图3-16 导通不稳定的相控晶闸管调光器波形

图3-16表示由于相控晶闸管过早关断并重新启动，整流后输出的不太理想总线电压和电流波形。在第一个半周期，这是由于输入电流振荡低于相控晶闸管的维持电流造成的，振荡源于初始浪涌电流。第二个半周期也显示相控晶闸管关断，原因是电流在导通角即将结束时低于维持电流。这种交替性半周期的行为差异频发出现，是由于在两个工作象限中相控晶闸管的维持电流存在差异而引起的。

如果相控晶闸管在半周期结束之前关断，或发生相控晶闸管的快速导通和关断，那么就需要使用泄放电路和衰减电路。一般来说，随着泄放电路和衰减电路功耗的加大，相控调光器的工作可靠性和兼容性也随之增强。

相控晶闸管调光器通常会因制造商和额定功率的不同而表现有所差异。例如，由于使用低额定电流的晶闸管（其维持电流通常较低），300W相控晶闸管调光器所要求的衰减作用和泄放功耗要小于600W和1000W相控晶闸管调光器。线路阻抗差异也会造成相控晶闸管调光控制特性变化，因此在电路设计过程中，建议使用的交流供电电源特性保持一致，还必须对交流输入市电进行测试^[13]。

3.2.2.2 后沿相控调光

后沿相控调光（反切调光）常用于电子变压器低电压卤钨灯调光的应用场合，后沿相控调光的电压变化较前沿晶闸管相控调光平缓，因而通过电路的浪涌电流小，后沿相控调光的功率开关器件常用场效应晶体管（MOSFET/IGBT），通过定时电路控制MOSFET/IGBT的导通和关断，后沿相控调光有关波形如图3-17所示。后沿相控调光器调光功率范围一般为200～500W，内含复杂的时基电路控制功率开关器件的延迟关断。当后沿相控调光器驱动低功率LED负载时，简单的控制方案很难准确检测到相控下降沿。后沿相控调光电路工作原理图如图3-18所示。后沿相控调光电路的特点如下。

图3-17 后沿相控调光器在90°导通角下的理想调光器输出电压及电流波形

图3-18 晶体管后沿相控调光电路工作原理图

1）导通时没有尖峰电流；

2）不存在维持电流的问题；

3）使用昂贵的MOSFET/IGBT；

4）电路工作效率高，纹波电流低；

5）可以降低电路工作音频噪声和EMI。

图3-17表示采用后沿相控调光器的电源输入端的理想输入电压和电流波形。在图3-17中，后沿相控调光器导通角为90°。另外，由于相控导通在过零点开始，高电流浪涌和线路振荡对电路正常工作不是问题。在使用后沿相控调光器时，一般不需要加衰减电路和泄放电路^[3]。后沿相控和前沿相控调光器工作特点对比如表3-2所示。

表3-2 后沿相控和前沿相控调光器特点