在20世紀(jì)60年代和70年代推出的TRIAC半導(dǎo)體器件解決了交流供電白熾燈泡調(diào)光的問題。在此之前，白熾燈通常通過基本的變阻器調(diào)暗，這是一種可變電阻器，它可以簡單地降低燈泡的交流電壓。雖然這確實(shí)使燈泡變暗，但由于兩個(gè)原因，這不是一個(gè)好的解決方案：首先，變阻器浪費(fèi)了相當(dāng)大的功率（功率成本，相關(guān)的散熱是大問題），以及令人愉悅的太陽般的“白燈“燈絲輸出的顏色（色溫為2，700至3，300 K）變?yōu)榱钊瞬豢斓牡S色調(diào)，因?yàn)殡妷航档颓覠襞葑儼怠?/p>

TRIAC（交流電三極管）可以傳導(dǎo)安培電流當(dāng)它被柵極上的毫安級(jí)信號(hào)觸發(fā)（導(dǎo)通）時(shí)，在任一方向上。作為調(diào)光器的核心，它非常高效，可以放在標(biāo)準(zhǔn)的插座盒中。為了調(diào)暗白熾燈泡，基于TRIAC的電路控制傳導(dǎo)開始的交流線路相位點(diǎn)。調(diào)光電路的設(shè)計(jì)使得開啟可以在周期的任何地方開始，具體取決于使用設(shè)置，但始終包括周期的過零點(diǎn);它是通過脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制的控制版本。因此，燈絲看到電壓脈沖，因此達(dá)到完全白熾，但不到全時(shí)。由于燈絲的熱時(shí)間常數(shù)，燈泡集成了所施加的功率，從而在感知亮度變暗時(shí)保持所需的色溫。

調(diào)光LED

LED是一種與白熾燈絲截然不同的負(fù)載。首先，它需要由電流源（通常為20至60 mA）而不是電壓源驅(qū)動(dòng)。雖然這本身并不困難，但確實(shí)需要不同的供應(yīng)設(shè)計(jì)。第二個(gè)也是更困難的是，LED是類似二極管的高度非線性負(fù)載，甚至比簡單的無功（電容或電感）負(fù)載更復(fù)雜。

調(diào)低LED的明顯方法是減少其驅(qū)動(dòng)（這里是電流而不是電壓）;與白熾燈一樣，這不能很好地工作，因?yàn)長ED的色純度和效率會(huì)隨著電流的降低而降低。更好的選擇是使用PWM并調(diào)整全電流占空比以實(shí)現(xiàn)所需的調(diào)光。這是一種保持LED性能的有效方法，用于“捕獲”LED設(shè)計(jì)，例如背光，顯示器，標(biāo)牌和指示器。

LED滿足TRIAC

用于白熾燈泡的基于TRIAC的調(diào)光器安裝在數(shù)百萬個(gè)AC燈開關(guān)控制盒中。即使它們?cè)谑┕r(shí)沒有安裝，如果需要也可以很容易地作為改造添加;他們的零售價(jià)約為10美元，除了用調(diào)光器單元更換開/關(guān)開關(guān)外，沒有任何布線變化。但是，隨著消費(fèi)者在現(xiàn)有的調(diào)光器電路中切換到LED（和CFL）燈，有問題：TRIAC調(diào)光器的輸出與LED燈內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電路不兼容。它不僅不會(huì)使LED燈正常調(diào)暗，還會(huì)導(dǎo)致LED燈的整體性能受損（消費(fèi)者買的是燈 - 它是燈泡，驅(qū)動(dòng)電路，外殼和底座的完整組合）。消費(fèi)者希望將新的節(jié)能型LED燈安裝到現(xiàn)有的插座中，該插座可能位于可調(diào)光電路上，并且使其與以前的白熾燈一樣工作和調(diào)光。 （請(qǐng)注意，調(diào)光器和驅(qū)動(dòng)CFL（緊湊型熒光燈）也存在相應(yīng)的問題，但這是另一個(gè)故事。）

調(diào)光和交流接線

問題超出了基于TRIAC的驅(qū)動(dòng)器/調(diào)光器的不兼容性以及基于LED的燈的需求。安裝燈支路電路的交流配線的各種方式也可以減少調(diào)光范圍，燈的閃爍或顫動(dòng)，以及不一致的性能。

原因是大多數(shù)現(xiàn)有的住宅布線到燈電路使用雙線在開關(guān)盒處沒有中性線的照明控制（源AC有三根電線：熱線，中性線和地線）;帶有中性線的電路分支稱為三線照明控制。這兩個(gè)分支在調(diào)光器電路如何供電以及調(diào)光器如何與線電壓同步方面的性能存在顯著差異。

這些差異通常不是白熾燈負(fù)載的問題，但穩(wěn)定的調(diào)光和控制更復(fù)雜用于LED負(fù)載。 TRIAC調(diào)光器需要將其開關(guān)點(diǎn)與AC線同步才能正常工作。如果他們無法感知交流線過零點(diǎn)，他們將失去控制和調(diào)暗燈負(fù)載的能力。

更詳細(xì)地看布線，三線安裝（圖2）有線側(cè)熱，負(fù)載 - 側(cè)面熱，電線盒中的中性線。線路來自交流電源，為調(diào)光器和負(fù)載供電。負(fù)載線連接到燈負(fù)載，以提供傳遞到負(fù)載的功率的返回路徑。即使負(fù)載斷開或處于不吸收任何電流的狀態(tài)，中性連接也為調(diào)光器提供必要的返回路徑。它不僅可以確保調(diào)光器即使在負(fù)載斷開或關(guān)閉時(shí)也能夠驅(qū)動(dòng)其自身的內(nèi)部電路，它還可以提供輸入交流電源的干凈信號(hào)，以檢測(cè)過零點(diǎn)并與線路同步。這樣可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，可靠的相位控制調(diào)光。

圖2：燈負(fù)載的三線分支電路包括中性線，而雙線電路沒有該線;它的缺失導(dǎo)致LED的調(diào)光器操作不穩(wěn)定，但不適用于白熾燈。

在雙線安裝中，只有線路和負(fù)載熱線，沒有中性連接，調(diào)光器串聯(lián)在線路和負(fù)載之間。因此，調(diào)光器必須依靠通過負(fù)載的“涓流”電流為其自身的內(nèi)部電路供電，以及檢測(cè)零交叉以與AC線同步。

當(dāng)負(fù)載是白熾燈時(shí)燈，即使在顯然“關(guān)閉”時(shí)，通過燈絲電阻仍然有很小但足夠的涓流負(fù)載電流，因此更容易與線路周期同步并為調(diào)光器的內(nèi)部電路提供足夠的功率。然而，對(duì)于LED燈，負(fù)載電流小得多并且更不規(guī)則，并且線路同步變得困難。此外，LED燈處于其關(guān)閉狀態(tài)時(shí)的負(fù)載電流可以非常小，因此即使獲得幾毫安來為內(nèi)部調(diào)光器電路供電也是一個(gè)問題。供電和穩(wěn)定線路同步的缺點(diǎn)通常會(huì)導(dǎo)致燈閃爍。

由于這個(gè)問題和相關(guān)問題，美國國家電氣規(guī)范（NEC）在2011年增加了對(duì)所有開關(guān)盒中性線的要求。然而，絕大多數(shù)現(xiàn)有的家庭安裝是沒有中性線的雙線系統(tǒng)，因此LED的調(diào)光電路必須在兩線和三線情況下正常運(yùn)行。

LED驅(qū)動(dòng)IC解決問題

供應(yīng)商兩者都認(rèn)識(shí)到情況的復(fù)雜性，并且可以內(nèi)置到IC中的復(fù)雜功能可以解決可調(diào)光LED燈的問題。 Cirrus Logic的CS1610系列四個(gè)IC就是一個(gè)例子（它們外部相似，但設(shè)計(jì)用于120 VAC，230 VAC和不同的額定負(fù)載）。使用這些IC構(gòu)建的LED燈可以在現(xiàn)有的TRIAC電路中提供寬范圍的無閃爍調(diào)光，并且當(dāng)連接到在AC正弦波的前沿上變暗的電路時(shí)以及在后緣上變暗的電路時(shí)是兼容的。 ;這些燈也可以在沒有調(diào)光功能的電路中工作（圖3）。

圖3：Cirrus Logic CS1610系列中的IC設(shè)計(jì)用于內(nèi)置于LED燈，AC電源作為輸入，LED作為負(fù)載，并提供與基于TRIAC的調(diào)光電路的“斬波AC”波形的完全操作和調(diào)光兼容性。

CS1610（例如CS1610-FSZ）和CS1611設(shè)計(jì)用于控制LED燈中的準(zhǔn)諧振反激式拓?fù)潆娫?，而CS1612/13則用于控制降壓 - 拓?fù)涔?yīng)。所有四個(gè)都使用臨界導(dǎo)通模式（CRM）升壓轉(zhuǎn)換器來維持所需的輸出電流，并提供功率因數(shù)校正器（PFC），這是驅(qū)動(dòng)非電阻負(fù)載時(shí)的另一個(gè)問題（圖4）。他們使用復(fù)雜的自適應(yīng)算法和數(shù)字處理引擎來檢測(cè)線路和負(fù)載情況，然后控制升壓級(jí)，以確保調(diào)光器兼容操作。

圖4：CS1610的內(nèi)部框圖顯示了IC內(nèi)所需的復(fù)雜程度，包括數(shù)字引擎內(nèi)核，可充當(dāng)兩個(gè)不兼容的電源波形和相關(guān)負(fù)載之間的無縫橋接。

總結(jié)

雖然使用脈沖寬度調(diào)制（PWM）調(diào)節(jié)發(fā)光二極管（LED）以調(diào)節(jié)LED接收的總電流相對(duì)容易，但設(shè)計(jì)的LED變暗要困難得多與標(biāo)準(zhǔn)白熾燈泡兼容的直接替代品。無處不在的基于TRIAC的調(diào)光電路，與過零點(diǎn)相交地“調(diào)節(jié)”交流線電壓以提供調(diào)光，與LED的調(diào)光驅(qū)動(dòng)要求不相容。幸運(yùn)的是，已經(jīng)開發(fā)出允許這些替換燈泡中的LED即使連接到基于TRIAC的白熾燈電路也能正常調(diào)光。本文介紹了如何對(duì)白熾燈進(jìn)行基于TRIAC的調(diào)光，檢查了LED調(diào)光的要求，討論了由于調(diào)光電路引起的問題（不穩(wěn)定的操作，閃爍和不良的調(diào)光性能），并闡明了標(biāo)準(zhǔn)AC線的變化燈分支電路的接線。然后展示了如何構(gòu)建一個(gè)完全可調(diào)光的LED燈泡，即使在其他不兼容的TRIAC電路中使用也是如此。文章進(jìn)一步研究了Cirrus Logic的IC，它作為兩個(gè)世界之間的轉(zhuǎn)換橋梁，在將LED燈擰入傳統(tǒng)調(diào)光電路的插座或燈具時(shí)提供無縫，高質(zhì)量的體驗(yàn)。