【導(dǎo)讀】調(diào)光的作用是為了在光照中得到一個(gè)舒適環(huán)境，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。那么LED調(diào)光該如何實(shí)現(xiàn)？本文將從兩“路”三“方”來闡述如何進(jìn)行LED調(diào)光，并將幾種LED調(diào)光方式進(jìn)行對(duì)比，詳細(xì)分析其中的優(yōu)劣勢(shì)。
為何要進(jìn)行燈具調(diào)光?曰：通過調(diào)光是可以在光照中得到一個(gè)更舒適的環(huán)境，還能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
LED調(diào)光怎么實(shí)現(xiàn)?曰：LED調(diào)光目前有兩種思路三個(gè)方法：思路一是線性模擬調(diào)節(jié)LED電流;思路二是PWM數(shù)字調(diào)光，就是使用開關(guān)電路以相對(duì)于人眼識(shí)別力來說足夠高的頻率工作來改變光輸出的平均值。
那種LED調(diào)光技術(shù)方法最好?曰：模擬和數(shù)字調(diào)光從節(jié)能的角度說沒有可比性，從使用的效果上各有各的長(zhǎng)處，使用者要根據(jù)使用場(chǎng)合和成本上考慮。數(shù)字 調(diào)光是LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展的一大方向，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上,模擬調(diào)光在替換方案中優(yōu)勢(shì)明顯，而數(shù)字調(diào)光更符合人們對(duì)LED調(diào)光精度、效率以及效果的要求。
1、線性調(diào)光，即通過調(diào)節(jié)LED正向電流的大小調(diào)光，此方法是比較原始的一種。
改變通過LED的電流大小，來改變LED的亮度， LED輸出輸出相對(duì)光強(qiáng)和正向電流的關(guān)系幾乎是正向線性的。如圖1。在照明電路中由一個(gè)可變電阻進(jìn)行調(diào)光。應(yīng)用非常簡(jiǎn)單，也不會(huì)產(chǎn)生干擾，但其分壓原理是 讓電能不完全用在燈具(電器)上，沒有效率可言。調(diào)暗燈光時(shí)，調(diào)光電阻因分壓過多而產(chǎn)生大量的熱能，造成能源的浪費(fèi)和環(huán)境的劣化
圖1：電阻式調(diào)光
對(duì)于3W的大功率LED燈柱來說，以350mA時(shí)的光輸出作為100%，那么200mA時(shí)的光輸出就大約是60%，100mA時(shí)大約是25%。所以調(diào)電流可以很容易實(shí)現(xiàn)亮度的調(diào)節(jié)。
這種原始的調(diào)光，其缺點(diǎn)也是比較大的，主要是1：用調(diào)正向電流的來調(diào)亮度，在調(diào)亮度的同時(shí)也改變光譜和色溫。因?yàn)槟壳鞍坠釲ED都是用蘭光LED激 發(fā)黃色熒光粉而產(chǎn)生，當(dāng)正向電流減小時(shí)，藍(lán)光LED亮度增加而黃色熒光粉的厚度并沒有按比例減薄，就會(huì)引起彩色的偏移，而人眼對(duì)彩色的偏差是十分敏感的。 缺點(diǎn)2， LED通常是用DC-DC的恒流驅(qū)動(dòng)電源來驅(qū)動(dòng)的，而恒流驅(qū)動(dòng)源通常分為升壓型或降壓型兩種，正向電流的減小也會(huì)引起正向電壓的減小。所以在把電流調(diào)低的 時(shí)候，LED的正向電壓也就跟著降低。這就會(huì)改變電源電壓和負(fù)載電壓之間的關(guān)系。調(diào)電流會(huì)產(chǎn)生使恒流源無法工作的嚴(yán)重問題。
2、模擬調(diào)光：即可控硅調(diào)光，比較傳統(tǒng)的模擬調(diào)光方法。
常見的模擬調(diào)光有雙向可控硅調(diào)光、后沿調(diào)光、ON/OFF調(diào)光、遙控調(diào)光等。可控硅調(diào)光器在傳統(tǒng)的白熾燈等調(diào)光照明應(yīng)用已久，且不用改變接線，裝置成本較低，各品牌可控硅調(diào)光器的性能和規(guī)格相差不大，但是其直接應(yīng)用在LED驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合還存在著一系列問題。
可控硅調(diào)光的基本原理如圖2：
圖2：改變電阻值可得到不同的導(dǎo)通角
這種調(diào)光方法比較可靠，是基于普通的白熾燈和鹵素?zé)舻目煽毓枵{(diào)光原理。因?yàn)榘谉霟艉望u素?zé)羰且粋€(gè)純電阻器件，它不要求輸入電壓一定是正弦波，電流波形永遠(yuǎn)和電壓波形一樣，不管電壓波形如何偏離正弦波，只要改變輸入電壓的有效值，就可以調(diào)光。[page]
LED可控硅其調(diào)光電路原理如下圖3：當(dāng)交流電壓加雙向可控硅TRIAC兩端時(shí)，由于Rt、Ct組成的RC充電電路有一個(gè)充電時(shí)間，電容上的電壓是 從0V開始充電的，且TRIAC的驅(qū)動(dòng)極串聯(lián)有一個(gè)DIAC(雙向觸發(fā)二極管，一般是30V左右)，因此TRIAC可靠截止。當(dāng)Ct上的電壓上升到30V 時(shí)，DIAC觸發(fā)導(dǎo)通，TRIAC可靠導(dǎo)通，此時(shí)TRIAC兩端的電壓瞬間變?yōu)榱?，Ct通過Rt迅速放電，當(dāng)Ct電壓跌落到30V以下時(shí)，DIAC截止， 如果TRIAC通過的電流大于其維持電流則繼續(xù)導(dǎo)通，如果低于其維持電流將會(huì)截止。電感L和電容C的作用是減小電流和電壓的變化率，以抑制電磁干擾EMI 問題。
圖3：常見的可控硅調(diào)光器
可控硅LED調(diào)光的缺點(diǎn)是：①進(jìn)行可控硅調(diào)光時(shí)輸入端的LC濾波器會(huì)使可控硅產(chǎn)生振蕩，這種振蕩對(duì)于白熾燈是無所謂的，因?yàn)榘谉霟舻臒釕T性使得人眼 根本看不出這種振蕩，但是對(duì)于LED的驅(qū)動(dòng)電源就會(huì)產(chǎn)生音頻噪聲和閃爍。②可控硅調(diào)光會(huì)破壞正弦波的波形，從而降低了其功率因素值(通常低于0.5)，因 此可控硅調(diào)光大大降低了LED的系統(tǒng)效率。而且可控硅調(diào)光的波形加大了諧波系數(shù)，非正弦的波形會(huì)在線路上產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾信號(hào)(EMI)污染電網(wǎng)，嚴(yán)重的會(huì) 使電網(wǎng)癱瘓。③不能實(shí)現(xiàn)比較寬范圍的調(diào)光控制，當(dāng)可控硅導(dǎo)通角較小時(shí)，由于此時(shí)輸入電壓和電流均較小，導(dǎo)致維持電流不夠或者芯片供電Vcc不夠，電路停止 工作，使LED產(chǎn)生閃爍。
3、數(shù)字調(diào)光：即PWM( 脈寬調(diào)制)調(diào)光，這可是比較時(shí)髦調(diào)光方式。
玩電子的人都知道， LED就是一個(gè)二極管，它可以實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)，允許的開關(guān)速度可以高達(dá)微秒以上，是任何發(fā)光器件所無法比擬的。把電源改成脈沖恒流源，用改變脈沖寬度的方法，就可以改變其亮度，這種方法稱為PWM(脈寬調(diào)制)調(diào)光法。
為L(zhǎng)ED提供脈波電流的方法也稱作PWM，LED本身對(duì)應(yīng)流經(jīng)它們的電流導(dǎo)通及關(guān)閉而快速地導(dǎo)通和關(guān)閉。開關(guān)時(shí)間在100奈秒(ns)等級(jí)，相當(dāng)于 最大頻率10MHz。應(yīng)用通常以100Hz～100kHz的頻率工作。頻率低于100Hz時(shí)，人眼會(huì)觀察到LED光閃爍。頻率在500Hz～20kHz之 間時(shí)，電路就有噪聲。調(diào)光是通過在單個(gè)開關(guān)周期的某部分時(shí)間內(nèi)將LED導(dǎo)通;在開關(guān)周期的其余部分時(shí)間內(nèi)，將LED關(guān)閉來實(shí)現(xiàn)。這種導(dǎo)通關(guān)閉周期稱作工作 周期(D)，其表達(dá)方式為L(zhǎng)ED導(dǎo)通時(shí)間(TON)除以整個(gè)開關(guān)/導(dǎo)通周期時(shí)間(TS)(圖4)。
圖4：LED的開關(guān)周期示意圖及工作周期計(jì)算公式
脈寬調(diào)制方式是用較高的頻率開關(guān)LED，開關(guān)頻率超出人一般能夠察覺的范圍，給人一種LED總亮的假象，現(xiàn)在普遍采用脈寬調(diào)制方式調(diào)節(jié)LED的亮 度，在某些應(yīng)用中，調(diào)光比可達(dá)5 000：1，常用的LED驅(qū)動(dòng)方式有降壓型(Buck)、升壓型(Boost)、升降壓型(Buck～Boost)等3種。至于PWM的信號(hào)的產(chǎn)生，有模擬器件可以產(chǎn)生，比如NE555就可以產(chǎn)生PWM波形，也可以是MCU控制產(chǎn)生，現(xiàn)在各個(gè)芯片廠商，都在轟轟烈烈的做很多LED驅(qū)動(dòng)芯片，其中很多芯片都集成PWM和模擬調(diào)光兩種方式。下面圖5是一個(gè)集成PWM的調(diào)光驅(qū)動(dòng)IC的設(shè)計(jì)電路框圖。
利用PWM進(jìn)行調(diào)光，其對(duì)LED燈珠的驅(qū)動(dòng)電流呈方波狀，其脈沖寬度可變，經(jīng)過對(duì)脈沖寬度的調(diào)制轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)制LED燈連續(xù)點(diǎn)亮的時(shí)間，也同時(shí)轉(zhuǎn)變了輸 入功率，從而到達(dá)節(jié)能、調(diào)光的目標(biāo)。頻率跟平常一樣大概在200Hz~10KHz;因?yàn)槿说难劬σ曈X的滯后性，不會(huì)感覺得到光源在調(diào)光過程中產(chǎn)生的閃耀現(xiàn) 象。此種調(diào)光方法的好處是能改善LED的散熱性能，PWM對(duì)LED調(diào)光的缺陷是驅(qū)動(dòng)電流的過沖對(duì)LED芯片的壽命肯定有一定的影響)
總的來說，線性通?？梢院芎?jiǎn)單的來實(shí)現(xiàn)。但是由于LED光的特性要隨著平均驅(qū)動(dòng)電流而偏移。對(duì)于單色LED來說，其主波長(zhǎng)會(huì)改變。對(duì)白光LED來 說，其相關(guān)顏色溫度(CCT)會(huì)改變。用PWM調(diào)光則保證了LED發(fā)出設(shè)計(jì)者需要的顏色。PWM調(diào)光也可以提高輸出電流精度。模擬調(diào)光會(huì)降低輸出電流的精 度。通常來說，相對(duì)于模擬調(diào)光，PWM調(diào)光可以精度大于線性控制光輸出。
從節(jié)能來說，線性調(diào)光肯定是不效率底下，而模擬調(diào)光和PWM調(diào)開篇已經(jīng)提到光沒有可比性。因?yàn)镻WM是保證CCT和顏**況下測(cè)定電流(光強(qiáng))，模 擬調(diào)光則是不存在這個(gè)前提。如果要犧牲這個(gè)前提來考慮節(jié)能的話，需要實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。但估計(jì)在實(shí)現(xiàn)同等照度的情況下，PWM會(huì)有優(yōu)勢(shì)。
從調(diào)光響應(yīng)時(shí)間來說，PWM調(diào)光由于其響應(yīng)速度快，并且能夠更加精確地調(diào)光。在實(shí)際使用中應(yīng)用得最為廣泛。
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