美國新的聯(lián)邦能源法要求在2012年之前逐步淘汰現(xiàn)在常見的 60W~100W 白熾燈等低能效照明燈泡。家用照明系統(tǒng)將全面轉向熒光燈、LED等其他節(jié)能光源。在目前這段照明系統(tǒng)切換的過渡期，比較明智的辦法是令高效照明技術與現(xiàn)有的家用調光系統(tǒng)相兼容。本文重點介紹了目前LED 調光解決方案面臨的挑戰(zhàn)，并指導設計人員利用現(xiàn)有的三端雙向可控硅壁裝式調光器來對節(jié)能的離線 LED 電源進行調光。
在美國聯(lián)邦節(jié)能法的推動下，LED 技術將給商業(yè)和家用照明領域帶來全新的變革。LED 的功率僅為燈泡的幾分之一，比熒光燈的效率(流明/瓦)更高，使用壽命長，而且沒有汞排放等帶來的環(huán)境污染問題。
如果要將低效的愛迪生白熾燈泡轉換為 LED照明系統(tǒng)，改裝方案必須能夠適應現(xiàn)在的建筑條件要求。
替換MR16 12V鹵素燈
常見的MR16 20W-35 W的鹵素燈很容易被同等外形尺寸的 LED 燈所替換。在圖 1 的設計示例中，驅動高亮度LED的600mA恒流來自常規(guī)電子變壓器的 12V 交流電源。由于 LM3405A 驅動器的工作電壓范圍較寬，一個非常小的輸入電容器即可維持連續(xù)運行。高開關頻率內部設置為 1.6MHz，允許使用極小的表面貼裝電感器和貼片電容器。所有這些因素都有助于壓縮 PCB 的整體尺寸，以滿足MR16外形規(guī)格對空間的嚴格限制。
圖1 使用LM3405控制器的MR16 LED燈設計
使用電子變壓器分出 12V 交流電壓是MR16 鹵素燈的常見做法，該電壓整流為直流電壓后最多可以為三個串聯(lián)的LED提供電源，通過線性穩(wěn)壓器或更高效的開關解決方案控制電流。
不幸的是，一些低成本的電子變壓器只在使用純電阻負載（如鹵素燈）時才能正常工作，使用較低的LED 負載時可能出現(xiàn)不兼容，而且不能進行調光。
220V 交流電燈泡的替換工作更為復雜。因為其輸入電壓很高，還需要遵守危險物品安全條例。
替換220V交流三端雙向可控硅燈
采用LED 燈需要解決的一個難題：所需的恒流電源能夠兼容交流調光器的調光控制電路。
調光器是一個能夠控制負載交流電壓的電子設備。壁裝式調光器通常用于室內照明。與“開/關”開關相比，壁裝式調光器可以提供更柔和的光線和更可控的照明。據(jù)家居控制聯(lián)盟 (HCA) 統(tǒng)計，在家用照明領域調光技術能夠平均節(jié)省 10% 的能耗。
對燈進行調光是通過降低燈的功率實現(xiàn)的。早期的調光器使用串聯(lián)電阻，但這會產生大量的熱，并導致能源浪費。現(xiàn)在的電子調光器使用相位調制控制方案，使用半導體三端雙向可控硅來切割電源，以便只將交流電源每個半周期的一部分應用到負載上。對于其余部分，開關是斷開的。給負載提供的功率數(shù)額因此與交流電源的相位角成正比。這個簡單的低成本技術可以為各類白熾燈進行調光。
LED 燈的調光方式則有所不同，通常有如下兩種方式：通過直接改變 LED 電流（模擬亮度控制），或通過以人眼無法察覺的更快速度開啟和關閉 LED 來間接控制（PWM調光）。PWM 調光的優(yōu)點主要在于可以在較寬范圍內調節(jié) LED 亮度，而不影響光線的主波長，因此可以很好地控制顏色和亮度。通過給恒流 LED 電源的專用引腳施加方波信號，可以實現(xiàn) PWM 調光。
不過，壁裝式交流調光器上使用的相位調制控制方案與大多數(shù) LED 燈的調光方法不兼容。典型的 LED 燈通過三端雙向可控硅供電，會發(fā)出可以聽見的噪音，產生低頻閃爍光線，而且調光能力有限。
傳統(tǒng)的三端雙向可控硅調光器通常被設計成連接電阻負載（鹵素燈或白熾燈泡）的接口。而現(xiàn)在的 LED 驅動器解決方案與標準的壁裝式調光器相連，要么產生 120 Hz 的 LED 閃爍信號，要么無法實現(xiàn)100:1 的調光。圖 2 顯示了使用美國國家半導體 LM3445 LED 驅動器的 220V 交流設計電路。
