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作者：songzhige 為何要進(jìn)行燈具調光?曰：通過(guò)調光是可以在光照中得到一個(gè)更舒適的環(huán)境，還能實(shí)現節能減排。 LED調光怎么實(shí)現?曰：LED調光目前有兩種思路三個(gè)方法：思路一是線(xiàn)性模擬調節LED電流;思路二是PWM數字調光，就是使用開(kāi)關(guān)電路以相對于人眼識別力來(lái)說(shuō)足夠高的頻率工作來(lái)改變光輸出的平均值。 那種LED調光技術(shù)方法最好?曰：模擬和數字調光從節能的角度說(shuō)沒(méi)有可比性，從使用的效果上各有各的長(cháng)處，使用者要根據使用場(chǎng)合和成本上考慮。數字調光是LED驅動(dòng)技術(shù)發(fā)展的一大方向，在技術(shù)實(shí)現上,模擬調光在替換方案中優(yōu)勢明顯，而數字調光更符合人們對LED調光精度、效率以及效果的要求。 經(jīng)過(guò)上面的三問(wèn)三曰， 為各位展開(kāi)我們今天的話(huà)題：遇到LED調光，你知道多少? 1：線(xiàn)性調光，即通過(guò)調節LED正向電流的大小調光，此方法是比較原始的一種。 改變通過(guò)LED的電流大小，來(lái)改變LED的亮度， LED輸出輸出相對光強和正向電流的關(guān)系幾乎是正向線(xiàn)性的。如圖1。在照明電路中由一個(gè)可變電阻進(jìn)行調光。應用非常簡(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(méi)有效率可言。調暗燈光時(shí)，調光電阻因分壓過(guò)多而產(chǎn)生大量的熱能，造成能源的浪費和環(huán)境的劣化 
對于3W的大功率LED燈柱來(lái)說(shuō)，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%。所以調電流可以很容易實(shí)現亮度的調節。 這種原始的調光，其缺點(diǎn)也是比較大的，主要是1：用調正向電流的來(lái)調亮度，在調亮度的同時(shí)也改變光譜和色溫。因為目前白光LED都是用蘭光LED激發(fā)黃色熒光粉而產(chǎn)生，當正向電流減小時(shí)，藍光LED亮度增加而黃色熒光粉的厚度并沒(méi)有按比例減薄，就會(huì )引起彩色的偏移，而人眼對彩色的偏差是十分敏感的。缺點(diǎn)2， LED通常是用DC-DC的恒流驅動(dòng)電源來(lái)驅動(dòng)的，而恒流驅動(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。所以在把電流調低的時(shí)候，LED的正向電壓也就跟著(zhù)降低。這就會(huì )改變電源電壓和負載電壓之間的關(guān)系。調電流會(huì )產(chǎn)生使恒流源無(wú)法工作的嚴重問(wèn)題。 2.模擬調光：即可控硅調光，比較傳統的模擬調光方法。 常見(jiàn)的模擬調光有雙向可控硅調光、后沿調光、ON/OFF調光、遙控調光等�？煽毓枵{光器在傳統的白熾燈等調光照明應用已久，且不用改變接線(xiàn)，裝置成本較低，各品牌可控硅調光器的性能和規格相差不大，但是其直接應用在LED驅動(dòng)場(chǎng)合還存在著(zhù)一系列問(wèn)題。 可控硅調光的基本原理如圖2：
這種調光方法比較可靠，是基于普通的白熾燈和鹵素燈的可控硅調光原理。因為白熾燈和鹵素燈是一個(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，就可以調光。 LED可控硅其調光電路原理如下圖3：當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(kāi)始充電的，且TRIAC的驅動(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Ct上的電壓上升到30V時(shí)，DIAC觸發(fā)導通，TRIAC可靠導通，此時(shí)TRIAC兩端的電壓瞬間變?yōu)榱�，Ct通過(guò)Rt迅速放電，當Ct電壓跌落到30V以下時(shí)，DIAC截止，如果TRIAC通過(guò)的電流大于其維持電流則繼續導通，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(wèn)題。
可控硅LED調光的缺點(diǎn)是：①進(jìn)行可控硅調光時(shí)輸入端的LC濾波器會(huì )使可控硅產(chǎn)生振蕩，這種振蕩對于白熾燈是無(wú)所謂的，因為白熾燈的熱慣性使得人眼根本看不出這種振蕩，但是對于LED的驅動(dòng)電源就會(huì )產(chǎn)生音頻噪聲和閃爍。②可控硅調光會(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)，因此可控硅調光大大降低了LED的系統效率。而且可控硅調光的波形加大了諧波系數，非正弦的波形會(huì )在線(xiàn)路上產(chǎn)生嚴重的干擾信號(EMI)污染電網(wǎng)，嚴重的會(huì )使電網(wǎng)癱瘓。③不能實(shí)現比較寬范圍的調光控制，當可控硅導通角較小時(shí)，由于此時(shí)輸入電壓和電流均較小，導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.數字調光：即PWM( 脈寬調制)調光，這可是比較時(shí)髦調光方式。 玩電子的人都知道， LED就是一個(gè)二極管，它可以實(shí)現快速開(kāi)關(guān)，允許的開(kāi)關(guān)速度可以高達微秒以上，是任何發(fā)光器件所無(wú)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(chēng)為PWM(脈寬調制)調光法。 為L(cháng)ED提供脈波電流的方法也稱(chēng)作PWM，LED本身對應流經(jīng)它們的電流導通及關(guān)閉而快速地導通和關(guān)閉。開(kāi)關(guān)時(shí)間在100奈秒(ns)等級，相當于最大頻率10MHz。應用通常以100Hz～100kHz的頻率工作。頻率低于100Hz時(shí)，人眼會(huì )觀(guān)察到LED光閃爍。頻率在500Hz～20kHz之間時(shí)，電路就有噪聲。調光是通過(guò)在單個(gè)開(kāi)關(guān)周期的某部分時(shí)間內將LED導通;在開(kāi)關(guān)周期的其余部分時(shí)間內，將LED關(guān)閉來(lái)實(shí)現。這種導通關(guān)閉周期稱(chēng)作工作周期(D)，其表達方式為L(cháng)ED導通時(shí)間(TON)除以整個(gè)開(kāi)關(guān)/導通周期時(shí)間(TS)(圖4)。
脈寬調制方式是用較高的頻率開(kāi)關(guān)LED，開(kāi)關(guān)頻率超出人一般能夠察覺(jué)的范圍，給人一種LED總亮的假象，現在普遍采用脈寬調制方式調節LED的亮度，在某些應用中，調光比可達5 000：1，常用的LED驅動(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，現在各個(gè)芯片廠(chǎng)商，都在轟轟烈烈的做很多LED驅動(dòng)芯片，其中很多芯片都集成PWM和模擬調光兩種方式。下面圖5是一個(gè)集成PWM的調光驅動(dòng)IC的設計電路框圖。
利用PWM進(jìn)行調光，其對LED燈珠的驅動(dòng)電流呈方波狀，其脈沖寬度可變，經(jīng)過(guò)對脈沖寬度的調制轉變?yōu)檎{制LED燈連續點(diǎn)亮的時(shí)間，也同時(shí)轉變了輸入功率，從而到達節能、調光的目標。頻率跟平常一樣大概在200Hz~10KHz;因為人的眼睛視覺(jué)的滯后性，不會(huì )感覺(jué)得到光源在調光過(guò)程中產(chǎn)生的閃耀現象。此種調光方法的好處是能改善LED的散熱性能， PWM對LED調光的缺陷是驅動(dòng)電流的過(guò)沖對LED芯片的壽命肯定有一定的影響) 總的來(lái)說(shuō)，線(xiàn)性通�？梢院芎�(jiǎn)單的來(lái)實(shí)現。但是由于LED光的特性要隨著(zhù)平均驅動(dòng)電流而偏移。對于單色LED來(lái)說(shuō)，其主波長(cháng)會(huì )改變。對白光LED來(lái)說(shuō)，其相關(guān)顏色溫度(CCT)會(huì )改變。用PWM調光則保證了LED發(fā)出設計者需要的顏色。PWM調光也可以提高輸出電流精度。模擬調光會(huì )降低輸出電流的精度。通常來(lái)說(shuō)，相對于模擬調光，PWM調光可以精度大于線(xiàn)性控制光輸出。 從節能來(lái)說(shuō)，線(xiàn)性調光肯定是不效率底下，而模擬調光和PWM調開(kāi)篇已經(jīng)提到光沒(méi)有可比性。因為PWM是保證CCT和顏色情況下測定電流(光強)，模擬調光則是不存在這個(gè)前提。如果要犧牲這個(gè)前提來(lái)考慮節能的話(huà)，需要實(shí)測數據。但估計在實(shí)現同等照度的情況下，PWM會(huì )有優(yōu)勢。 從調光響應時(shí)間來(lái)說(shuō)，PWM調光由于其響應速度快，并且能夠更加精確地調光。在實(shí)際使用中應用得最為廣泛。 |
