在20世紀60年代和70年代推出的TRIAC半導體器件解決了交流供電白熾燈泡調光的問題。在此之前，白熾燈通常通過基本的變阻器調暗，這是一種可變電阻器，它可以簡單地降低燈泡的交流電壓。雖然這確實使燈泡變暗，但由于兩個原因，這不是一個好的解決方案：首先，變阻器浪費了相當大的功率（功率成本，相關的散熱是大問題），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，因為電壓降低且燈泡變暗。

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

調光LED

LED是一種與白熾燈絲截然不同的負載。首先，它需要由電流源（通常為20至60 mA）而不是電壓源驅動。雖然這本身并不困難，但確實需要不同的供應設計。第二個也是更困難的是，LED是類似二極管的高度非線性負載，甚至比簡單的無功（電容或電感）負載更復雜。

調低LED的明顯方法是減少其驅動（這里是電流而不是電壓）;與白熾燈一樣，這不能很好地工作，因為LED的色純度和效率會隨著電流的降低而降低。更好的選擇是使用PWM并調整全電流占空比以實現(xiàn)所需的調光。這是一種保持LED性能的有效方法，用于“捕獲”LED設計，例如背光，顯示器，標牌和指示器。

LED滿足TRIAC

用于白熾燈泡的基于TRIAC的調光器安裝在數(shù)百萬個AC燈開關控制盒中。即使它們在施工時沒有安裝，如果需要也可以很容易地作為改造添加;他們的零售價約為10美元，除了用調光器單元更換開/關開關外，沒有任何布線變化。但是，隨著消費者在現(xiàn)有的調光器電路中切換到LED（和CFL）燈，有問題：TRIAC調光器的輸出與LED燈內的驅動電路不兼容。它不僅不會使LED燈正常調暗，還會導致LED燈的整體性能受損（消費者買的是燈 - 它是燈泡，驅動電路，外殼和底座的完整組合）。消費者希望將新的節(jié)能型LED燈安裝到現(xiàn)有的插座中，該插座可能位于可調光電路上，并且使其與以前的白熾燈一樣工作和調光。 （請注意，調光器和驅動CFL（緊湊型熒光燈）也存在相應的問題，但這是另一個故事。）

調光和交流接線

問題超出了基于TRIAC的驅動器/調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光范圍，燈的閃爍或顫動，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。這兩個分支在調光器電路如何供電以及調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載的問題，但穩(wěn)定的調光和控制更復雜用于LED負載。 TRIAC調光器需要將其開關點與AC線同步才能正常工作。如果他們無法感知交流線過零點，他們將失去控制和調暗燈負載的能力。

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

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

在雙線安裝中，只有線路和負載熱線，沒有中性連接，調光器串聯(lián)在線路和負載之間。因此，調光器必須依靠通過負載的“涓流”電流為其自身的內部電路供電，以及檢測零交叉以與AC線同步。

當負載是白熾燈時燈，即使在顯然“關閉”時，通過燈絲電阻仍然有很小但足夠的涓流負載電流，因此更容易與線路周期同步并為調光器的內部電路提供足夠的功率。然而，對于LED燈，負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燈處于其關閉狀態(tài)時的負載電流可以非常小，因此即使獲得幾毫安來為內部調光器電路供電也是一個問題。供電和穩(wěn)定線路同步的缺點通常會導致燈閃爍。

由于這個問題和相關問題，美國國家電氣規(guī)范（NEC）在2011年增加了對所有開關盒中性線的要求。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的調光電路必須在兩線和三線情況下正常運行。

LED驅動IC解決問題

供應商兩者都認識到情況的復雜性，并且可以內置到IC中的復雜功能可以解決可調光LED燈的問題。 Cirrus Logic的CS1610系列四個IC就是一個例子（它們外部相似，但設計用于120 VAC，230 VAC和不同的額定負載）。使用這些IC構建的LED燈可以在現(xiàn)有的TRIAC電路中提供寬范圍的無閃爍調光，并且當連接到在AC正弦波的前沿上變暗的電路時以及在后緣上變暗的電路時是兼容的。 ;這些燈也可以在沒有調光功能的電路中工作（圖3）。

圖3：Cirrus Logic CS1610系列中的IC設計用于內置于LED燈，AC電源作為輸入，LED作為負載，并提供與基于TRIAC的調光電路的“斬波AC”波形的完全操作和調光兼容性。

CS1610（例如CS1610-FSZ）和CS1611設計用于控制LED燈中的準諧振反激式拓撲電源，而CS1612/13則用于控制降壓 - 拓撲供應。所有四個都使用臨界導通模式（CRM）升壓轉換器來維持所需的輸出電流，并提供功率因數(shù)校正器（PFC），這是驅動非電阻負載時的另一個問題（圖4）。他們使用復雜的自適應算法和數(shù)字處理引擎來檢測線路和負載情況，然后控制升壓級，以確保調光器兼容操作。

圖4：CS1610的內部框圖顯示了IC內所需的復雜程度，包括數(shù)字引擎內核，可充當兩個不兼容的電源波形和相關負載之間的無縫橋接。

總結

雖然使用脈沖寬度調制（PWM）調節(jié)發(fā)光二極管（LED）以調節(jié)LED接收的總電流相對容易，但設計的LED變暗要困難得多與標準白熾燈泡兼容的直接替代品。無處不在的基于TRIAC的調光電路，與過零點相交地“調節(jié)”交流線電壓以提供調光，與LED的調光驅動要求不相容。幸運的是，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光。本文介紹了如何對白熾燈進行基于TRIAC的調光，檢查了LED調光的要求，討論了由于調光電路引起的問題（不穩(wěn)定的操作，閃爍和不良的調光性能），并闡明了標準AC線的變化燈分支電路的接線。然后展示了如何構建一個完全可調光的LED燈泡，即使在其他不兼容的TRIAC電路中使用也是如此。文章進一步研究了Cirrus Logic的IC，它作為兩個世界之間的轉換橋梁，在將LED燈擰入傳統(tǒng)調光電路的插座或燈具時提供無縫，高質量的體驗。