全面解析常见滤波电路的分析技巧

出处:网络整理 发布于:2026-04-20 17:07:07 | 211 次阅读

  在当今的照明领域,发光二极管(LED)正以其显著的优势迅速成为最受欢迎的照明选择。随着美国政府对能源节约的强制要求,传统的白炽灯已逐渐退出市场。LED 凭借其长达 25,000 小时的使用寿命,以及易于适配多种不同插座和形状要求的特点,广泛地取代了白炽灯。然而,LED 照明控制也面临着一些白炽灯所没有的问题。例如,由于 LED 负载的电流相对较小,普通类型的三端双向可控硅开关在闭锁和保持电流特性方面可能会遇到挑战。
  图 1 展示了三端双向可控硅在交流电调光控制中的核心地位。调光器中使用的三端双向可控硅通常是为白炽灯负载设计的,这种负载在稳定状态和初始高浪涌电流下都具有较高的额定电流,并且在灯丝断裂时会产生非常高的寿命终止浪涌电流。
   由于 LED 本质上是二极管,其稳态电流比白炽灯低得多。而且,它们在交流电压的每个半周期里的初始开启电流可能高得多,持续时间约为几微秒。因此,在每个交流电压半周期的开始处都可以看到明显的电流尖峰。一般来说,交流二极管替换灯的电流尖峰为 6 - 8A 峰值,而稳态电流小于 100mA。
  在家庭照明中,LED 灯的功率需求各不相同。用于家庭照明的 LED 灯可能需要 7.5W(A19 灯泡 - 450 流明)或更高的功率,一盏吊灯通常需要 4 到 10 个灯泡。相比之下,一串 50 盏装饰性圣诞灯的总耗电量可能只有 4.8 瓦。用于取代典型灯丝装置的嵌入式天花板灯具的 LED 泛光灯可产生 750 流明的亮度,其功耗仅为 13W(BR30),而旧灯丝装置的功耗通常为 65W。

  Littelfuse 推出的新型 Q6008LH1LED 或 Q6012LH1LED 系列三端双向可控硅开关元件,为控制 LED 光输出的交流电路设计提供了便利。使用这些元件设计交流电路非常简单,只需要几个基本元件,包括一个点火 / 触发电容器、一个电位器和一个电压转折触发装置。

  通过使用两个反向并联敏感门控硅整流器(SCR)S4X8ES1 作为电压击穿触发装置,控制电路可以实现宽范围的光电平输出。此外,由于两个可控硅构成了一个完整的回断触发器,使用两个反向并联敏感门控硅整流器作为触发装置还可以实现低滞后控制。图 2 展示了这种控制装置的电路图,它非常适合嵌入式泛光灯(例如 BR30 LED 灯),这种灯既可以调暗以产生低亮度输出,也可以调高到接近 180° 的全亮度输出。
  该电路能够使灯泡在每个交流半周期几乎以 180° 的全角度开启;同时,RC 定时开启可以延迟到每个半周期的一个小导通角度,从而实现极低的光输出。Q60xxLH1LED 三端双向可控硅系列具有低保持和闭锁电流特性,能够使三端双向可控硅在极低的电流水平下保持导通。两个反向并联敏感门控硅整流器(S4X8ES1)的栅极连接在一起,可产生具有全击穿电压的极低电压触发装置,进而产生极低的滞后。这样一来,就可以将电位器设置为低导通角度,在线路开关关闭和打开时立即导通。
   图 3 中的电路图对磁滞效果不佳的老式相位控制 / 调光器电路进行了改进。如 Littelfuse 应用说明 AN1003 所述,在 C1 点火电容器周围添加转向二极管后,可有效消除磁滞现象。
    如果宽控制范围(全亮到极暗)和低滞后对应用来说并非关键因素,那么可以使用新型 Littelfuse Q6008LTH1LED 或 Q6012LTH1LED 系列 Quadrac 器件设计简单的可变光控制。Quadrac 器件是一种特殊类型的晶闸管,它将二端双向晶闸管和三端双向晶闸管组合在一个封装中。图 4 所示电路将双向晶闸管触发器件和三端双向晶闸管组合在一个 TO - 220 隔离安装片封装中,进一步减少了元件数量。由于双向晶闸管触发器件的 VBO 较高,该控制电路允许略低的完全开启电压,提供在每个交流半周期的 175° 至﹤90° 范围内运行的调光功能。
  需要注意的是,图 4 中的电位器为 250kΩ,内置固定端电阻最小为 3kΩ。Quadrac 器件为 QxxxxLTH1LED,具有更灵敏的三端双向晶闸管芯片(低栅极和保持电流特性)。RL 是 10W 的最小 LED 负载,VC 与内置双向可控硅芯片的触发电压相同。
   交流电路的 LED 灯负载形式多样,可能非常简单,也可能包含用于直流改进的额外元件,如滤波电容器。这些附加元件的存在将决定 LED 灯负载是否可调光。一般来说,LED 灯负载越简单,就越有可能是可调光的,因为滤波电容器可能会将最小直流电流增加到晶闸管器件锁定的水平,导致交流电流无法降低至小于晶闸管保持电流。
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