由于高亮度LED的發(fā)光效率及價格條件愈來愈好，因此LED已取代熒光燈成為最受歡迎的光源之一。但對于固態(tài)照明（SSL）產(chǎn)品來說，如何配合現(xiàn)有的基礎(chǔ)電力設(shè)備就成為挑戰(zhàn)。
本文將探討采用TRIAC調(diào)光器的可調(diào)光LED燈，以及在不改動低價TRIAC調(diào)光器基本架構(gòu)前提下就能直接以L印取代舊有照明設(shè)備的方法。TRIAC（順向階段）調(diào)光器運作原理
圖1為TRIAC調(diào)光器的基礎(chǔ)原理圖。其中的基礎(chǔ)器件包括了電位計（R1）、固定電阻（R2）、電容（C1）、DIAC TRIAC.
RC網(wǎng)絡(luò)是由R1、R2和C1組成，當(dāng)C1上的電壓達(dá)到DIAC的觸發(fā)電壓后，TRIAC才會開啟。增加電位計的電阻大小R1（針頭向下移動）增加了開機(jī)的延遲時間，并減少了TRIAC的導(dǎo)通角（e）。
圖2所示為一般TRIAC調(diào)光器的電壓波形圖。圖2（a）所示為輸入端的全正弦電壓波形圖。即使在亮度最大的時候，只有幾個調(diào)光器會100%準(zhǔn)時，也就是全正弦波。
圖2（b）所示為從TRIAC調(diào)光器看到的截波電壓波形圖。準(zhǔn)時通常會以“導(dǎo)通角”來代表，其單位可以表示成度或弧度。不準(zhǔn)時代表延誤，延誤的原因是RC電路在提供TRIAC電流。不準(zhǔn)時通常會以“點火角”來代表。
圖3所示為含有電感與電容濾波器的TRIAC調(diào)光器電路圖。電感與電容濾波器以降低dv/dt電壓尖端值，來減少導(dǎo)體EMI效應(yīng)。白熾燈的電阻負(fù)載特性讓L-C濾波器產(chǎn)生了阻尼效應(yīng)，并且保持電流值與TRIAC相同。
TR JAC調(diào)光器利用每個半周期內(nèi)的負(fù)載電壓延遲來降低負(fù)載功率。此方法對于白熾燈的電阻負(fù)載很有幫助，但卻會破壞到其他種類的負(fù)載。
采用TRIAC 調(diào)光器的可調(diào)光 LED潛在問題
使用TRIAC調(diào)光器在傳統(tǒng)的直流/交流功率轉(zhuǎn)換器中，并不會出現(xiàn)照明設(shè)備的阻尼與電流維持效應(yīng)。因此許多熒光燈與LED的驅(qū)動器上都有標(biāo)明“無法與調(diào)光器一起使用”.
圖4所示為傳統(tǒng)直流/交流切換模式的LED驅(qū)動器。位在輸入端及中間端的EMI濾波器，是用來抑制由切換模式的功率轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的導(dǎo)體噪聲，以防被其他的電子器件所干擾。許多價格低廉的交流/直流LED驅(qū)動器能直接校正交流信號，并供應(yīng)脈沖值流信號給大容量電容，讓功率轉(zhuǎn)換器能擁有穩(wěn)定的直流電壓。
若切換模式的功率無法表現(xiàn)出純電阻特性時，將無法與TRIAC調(diào)光器產(chǎn)生作用。如此一來可能會發(fā)生以下的潛在問題：
1） LED 會在極低導(dǎo)通角下閃爍
由于TRIAC通過零交點時處于關(guān)閉狀態(tài)，傳統(tǒng)的交流/直流切換模式LED驅(qū)動器會關(guān)閉，同時無法驅(qū)動LED的負(fù)載。因此，如圖5所示，TRIAC調(diào)光器在極低導(dǎo)通角的狀況下，人眼將會辨識出LED負(fù)載在兩倍頻率（如100Hz/120Hz）下的短開啟時間，造成眼睛看的出閃爍效果。
2）在輸入濾波器電容端的電壓有明顯的上升
如圖3所示，傳統(tǒng)TRIAC調(diào)光器包含了一組EMI抑制電容（電容值范圍在10-100nF），此電容并聯(lián)連接到TRIAC,產(chǎn)生大量的電流流進(jìn)輸入濾波器電容中，導(dǎo)致調(diào)光器在關(guān)閉狀態(tài)下，輸入電容的電壓值突然上升：并由于過應(yīng)力效果的關(guān)系，導(dǎo)致輸入濾波器電容遭到破壞。
3）沒有足以維持TRIAC導(dǎo)通的電流
根據(jù)機(jī)械繼電器的“信號遺失”或“保證釋放”現(xiàn)象，可以了解要讓TRIAC維持在開始狀態(tài)的最低要求，就必須維持電流。如前所述，許多交流/直流LED驅(qū)動器都適合采用橋式整流器。電流只在電壓峰值出現(xiàn)時的一小段時間內(nèi)出現(xiàn)，而在每個半周期的其余時間都不會有電流出現(xiàn)。因此沒有足夠的交流電流可以維持TRIAC的導(dǎo)通。
4）TRIAC點火時出現(xiàn)的輸入電流震蕩
任何一種切換模式的LED驅(qū)動器都包含了在交流端的EMI濾波器。此外，TRIAC調(diào)光器也包含了一組LC濾波器。所有的濾波器一般來說都包含了電感器件與電容器件。如圖6所示，在每一半周期中，當(dāng)TRIAC點火后，dV/dt的急劇上升會導(dǎo)致多次的輸入電流震蕩與逆流。在電流逆流的過程中，TRIAC可能會導(dǎo)通或是關(guān)閉。每一次TRIAC的突然點火失敗都會導(dǎo)致LED閃爍。
潛在問題的建議解決方案
接著本文將討論可能的解決方案，包括了使用LED燈完全取代現(xiàn)有的白熾燈泡照明系統(tǒng)。1）解決在極低導(dǎo)通角下LED的閃爍問題
圖7為美國國家半導(dǎo)體的脫機(jī)TRIAC可調(diào)光LED驅(qū)動器的原理與方塊圖。
圖7中虛線為LM3445的角度偵測與尺寸譯碼器，它能將TRIAC截波信號轉(zhuǎn)換成一組模擬參考信號。模擬參考信號的電壓值正比于TRIAC調(diào)光器的導(dǎo)通角大小。接著將藉由比較模擬信號電壓值與主MOSFET的切換電流大小，來控制降壓轉(zhuǎn)換器的占空比。降壓轉(zhuǎn)換器的占空比會決定LED的連續(xù)電流大小。
圖8所示為LM3445 TRIAC可調(diào)光LED驅(qū)動器的截波波形圖。CS接角的電壓波形（降壓切換電流）碰觸到FLTR2接角的參考電壓波形后，驅(qū)動閘脈沖消失，直到下一個周期中才再出現(xiàn)。而LED的連續(xù)電流是藉由準(zhǔn)時度與主切換的占空比所控制的。
換句話說，TRIAC調(diào)光器的導(dǎo)通角降低，會造成FLTR2接角的直流電壓值下降，主切換的占空比下降，最終降低了LED的連續(xù)電流串。
和其余LED驅(qū)動器只能由100/20的頻率停止開關(guān)不同的是，LM3445能根據(jù)TRIAC調(diào)光器的導(dǎo)通角來調(diào)整連續(xù)電流。因此，特別是TRIAC調(diào)光器在低導(dǎo)通角的狀況下，能提供一個廣泛的導(dǎo)通角度而不會有1 20Hz的閃爍現(xiàn)象。2）在TRIAC關(guān)閉時抑制輸入濾波器的大幅度電壓上升
當(dāng)BLDR接角低于7.21V的臨界電壓時，代表此時的TRIAC處于關(guān)閉狀態(tài)，分壓MOSFET被切換到穩(wěn)壓器上會串連著一組小負(fù)載（230 ohm）。當(dāng)TRIAC尚未點火時，此2300hm的額外負(fù)載能抑制輸入端的電壓上升，因此是必須的！
當(dāng)BLDR接角高過7.21V時，代表TRIAC是導(dǎo)通的，此時分壓電阻會被移除以增加效率。
3）提供維持TRIAC導(dǎo)通的電流
為了使任何的LED驅(qū)動器都能像是白熾燈泡（本質(zhì)上為一個電阻），現(xiàn)今的TRIAC需要在交流周期中有最小的電流，來維持點火后的導(dǎo)通狀態(tài)。這就是所稱的TRIAC維持電流，簡稱Ihold.
如圖10A所示，TRIAC可調(diào)光LED驅(qū)動器最終由來自交流電源的兩個主電流路徑所組成，其中有來自LED驅(qū)動電路的lin driver（t），以及來自分壓電路的lbleeder（t）。此外，lin_driver（t）與lbleeder（t）的電流大小總和必須高過維持電流交流周期中的維持電流lhold,以維持TRIAC在點火后的導(dǎo)通狀態(tài)。
在TRIAC調(diào)光器的導(dǎo)通角很低的狀況下，LED驅(qū)動電路中的總電流lin_driver值會很小。所以TRIAC調(diào)光器中的分壓電流必須等于維持電流的大小。
圖10B所示為LM3445驅(qū)動機(jī)制中的分壓電路圖，其中包含了剛、D1、R2與R5幾個器件。而我們可藉由下面的方程式算出R5的大小，來透過Q1改變分壓電流大�。�
Ibleeder≈IQl=lR5+lCC
lR5=lbleeder-lCC=(Vz-Vgs-th)／R5
R5：V2-Vgs-th/Ibleeder-ICC
R5與分壓電流的數(shù)值大小主要取決于TRlAC調(diào)光器的類型。在使用高功率的TRlAC調(diào)光器時，需要藉由調(diào)低R5值的大小來得到所需較多的維持電流。但是，Q1同時也會產(chǎn)生更多的散熱現(xiàn)象，并導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率的降低，而分壓功率損耗量等于VaC_rmsx IQl.
無論是否需要，分壓電路在整個整流交流波形半周期期間，都會從輸入端得到電流。圖11提出一種更有效率的設(shè)計方式。在這種線性RHOLD電路中，分壓電路只有在需要使用時才會被加上去。
線性RHOLD電路
圖11中，當(dāng)LED電流減少（或當(dāng)TRIAC導(dǎo)通角減少）時，RHOLD電阻上會留過更多的電流。隨著TRlAC調(diào)光器導(dǎo)通角的增加，來自LED的驅(qū)動電流（即lin_driver）會更足以維持TRIAC的導(dǎo)通。此時可藉由中斷與Rhold的連接來切斷額外的TRIAC維持電流。
從圖11中的圖表可以看出，此電路只增加了在LM3445DIM接角上50%開啟占空比的TRIAC維持電流。且DIM接角的占空比反比于TRIAC調(diào)光器的導(dǎo)通角大小。
4）防止TRIAC點火失效的EMI濾波器設(shè)計
圖12所示為其中一種EMI架構(gòu)圖，當(dāng)TRIAC點火時，它可以防止輸入濾波器的震蕩。
相對于圖6中的標(biāo)準(zhǔn)EMI濾波器，并沒有放置x電容于橋式整流器的交流輸入端接角來防止LC濾波器震蕩的發(fā)生。不同的是，這里把LC濾波器放置在橋式整流器之后來補(bǔ)償x電容的移除。
除此之外，在交流輸入端當(dāng)中加入RC震蕩器網(wǎng)絡(luò)，對TRlAC調(diào)光器的電容與電感器件以及EMI濾波器的x電容問共振現(xiàn)象會產(chǎn)生阻尼的效果。
結(jié)論
當(dāng)采用SSL時，對優(yōu)化LED亮度的有效驅(qū)動機(jī)制是不可或缺的。對于一般亮度的固態(tài)照明而言，另一個重要的驅(qū)動議題是要符合標(biāo)準(zhǔn)燈具的規(guī)格，像是Globes、PAR30/38、T5/T8等，以及是否能與現(xiàn)今的電力基礎(chǔ)設(shè)施兼容，例如壁掛式調(diào)光開關(guān)。因此，能直接使用LED燈泡取代舊有燈泡而不需改變標(biāo)準(zhǔn)燈具規(guī)格的解決機(jī)制，以及低價格的TRlAC調(diào)光器，將在新一代的照明世界中扮演重要的角色。
