正弦波交流LED PWM调光器研[1]

　　1 引言

　　如今，节能减排、绿色环保已成为全世界各个国家的共识。跟据国际能源署( IEA) 估计，商业和住宅照明用电量占全世界每年发电量的20%。因此，世界各国纷纷致力于以更高能效的方案来替代低能效的现有光源[1 ～ 3]。发光二极管( LED) 具有低能耗、高流明、长寿命、低污染的优点。随着技术的进步，制造成本不断下降，LED 照明成为一种极为引人注目的替代光源解决方案[4]。近几年来，LED 照明在普通照明产业中不增长。根据国际电工组织颁布的IEC-1000-3-2-C 电流谐波限制标准，高功率因数和低输入电流谐波成为交流供电LED 驱动器的强制设计要求[5]。近年来，很多学者陆续提出了多种适用于LED 驱动的PFC 拓扑和控制策略[6 ～ 7]。针对LED 照明中可调光这一需求，少数厂商推出了基于DC LED 照明的调光方式，采用连续或断续的方式调节流过LED 的电流大小，来改变LED 灯的发光亮度，这些调光产品必须经过AC /DC变换后，才能在现有的供电模式( AC2200V 50Hz或AC110V 60Hz) 中使用。随着LED 照明技术的进步，针对AC LED 照明的研究方兴未艾，但AC LED照明下的调光方法鲜有文献报道[3]。本文简要分析了AC LED 照明中相控和PWM 调光模式的工作原理，并进行了实验对比分析。

　　2 相控调光器

　　调光器是一种常见的电力电子照明设备，在商业和住宅照明中大量使用，它具有使用方便和节能的优点。照明中广泛使用的调光器主要采用可控硅控制技术，其电路工作原理有前沿和后沿相控两种方法[4]。图1 是可控硅相控调光器的基本电路，AC是输入工频220V 交流电，负载为AC LED，T1 和T2 是两个可控硅或一个双向可控硅TRIAC，可调电阻R1 和电容C1 组成可控硅门极触发电路。正弦波输入电压过零点后，延迟一段时间，即相控角为( α) 时，触发可控硅T1 导通，到下一个交流电压过零时T1 被反相截止; 然后，再到下一个相控角( α) 时再触发可控硅T2 导通，到下一个交流电压过零时T2 又被反相截止，这样周而复始地工作。相控调光器的输出电压由式( 1) 给出:

　　为了简化分析，只讨论输入电压在正半周期时的工作情况，负半周期的工作情况与此类似。由电路原理可知，可控硅的相控角( α) 与R1、C1 组成的时间延迟电路有关。当R1、C1 的参数不变，输入电压波动时对触发相控角的影响如图2 所示。输入电压( 蓝色点划线) 正常幅值为Vin，某一时刻，由于电网电压波动，电压幅值升高到Vin1( 蓝色实线) ，这时，触发相控角减小到( α - β1) ，角( β1)是由于输入电压增加到Vin1影响的结果，输出电压Vout( 红色粗线) 也相应变大，如图2 ( a) 所示。当电压幅值下降到Vin2( 蓝色实线) 时，触发相控角增大到( α + β2) ，角( β2) 是由于线路电压降低到Vin2时影响的结果。输出电压Vout( 红色粗实线)也相应下降，如图2 ( b) 所示。这样，线路电压波动时，相控调光器将放大灯光的明暗闪烁程度。