LED調(diào)光器調(diào)光技術(shù)

現(xiàn)今的LED產(chǎn)業(yè)中，我最看好的暫時是LED調(diào)光技術(shù)還有LED驅(qū)動電源。LED驅(qū)動電源主要面向方面在LED路燈電源。而這次我們主要來說說LED調(diào)光技術(shù)。LED調(diào)光技術(shù)主要有以下幾種：

1：可控硅調(diào)光 這種發(fā)展于白熾燈的調(diào)光技術(shù)，因白熾燈為純阻性負(fù)載，利用可控硅的斬波技術(shù)，能順利實現(xiàn)調(diào)光，但是對LED并不實用，從兼容可控硅的調(diào)光電源，通常效率都很低，80%都很難達(dá)到，這有違LED節(jié)能的初衷，其次，很難做到高功率因素，再次，只能工作在單一的輸入電壓下，這種調(diào)光技術(shù)必將因白熾燈的消亡而消亡，但因市場普及率高，還將存在一段時間。

2：線性調(diào)光 利用恒流芯片的專用調(diào)光腳，調(diào)整LED的電流，達(dá)到調(diào)光的目的，此種技術(shù)效果不錯，但是接線復(fù)雜，不利于日光燈路燈等照明，臺燈很多采用此方法。

3：PWM調(diào)光 該方法與線性調(diào)光類似，與線性調(diào)光一起占據(jù)了調(diào)光臺燈的大部分江山。這個PWM調(diào)光用戶和客戶也很受樂。

4：遙控調(diào)光 分紅外遙控與無線遙控兩種，實現(xiàn)起來比較復(fù)雜，但可以達(dá)到改變色溫，顏色等其它調(diào)光方式無法達(dá)到的效果，主要用于面板燈調(diào)光，也有部份球泡燈采用些種調(diào)光方式。

5：分段調(diào)光 此種調(diào)光方式利用在規(guī)定時間內(nèi)開關(guān)墻壁上的開關(guān)來達(dá)到調(diào)光的目的，該方法的優(yōu)點是無需額外的調(diào)光元件，按現(xiàn)有的安裝方式，每盞燈均可實現(xiàn)調(diào)光，另個，由于該調(diào)光完全由電源開關(guān)芯片內(nèi)部控制，全電壓范圍內(nèi)，不管工作在何種亮度下，均可實現(xiàn)高效率與高功率因素，缺點是只能按預(yù)先設(shè)定的亮度循環(huán)調(diào)節(jié)，不能實現(xiàn)無級調(diào)光，還有就是，此類IC種類很少，并且電流調(diào)整率方面不盡如人意，不過我想隨著技術(shù)的成熟，IC廠家一定會更家完善的，個人覺得，此種調(diào)光技術(shù)，將成為以后調(diào)光技術(shù)的主流。

用于替換標(biāo)準(zhǔn)白熾燈的LED燈通常包含一個LED陣列，確保提供均勻的光照。這些LED以串聯(lián)方式連接在一起。每個LED的亮度由其電流決定，LED的正向電壓降約為3.4 V，通常介于2.8 V到4.2 V之間。LED燈串應(yīng)當(dāng)由恒流電源提供驅(qū)動，必須對電流進(jìn)行嚴(yán)格控制，以確保相鄰LED燈之間具有高匹配度。

LED燈要想實現(xiàn)可調(diào)光，其電源必須能夠分析可控硅控制器的可變相位角輸出，以便對流向LED的恒流進(jìn)行單向調(diào)整。在維持調(diào)光器正常工作的同時做到這一點非常困難，往往會導(dǎo)致性能不佳。問題可以表現(xiàn)為啟動速度慢，閃爍、光照不均勻，或在調(diào)整光亮度時出現(xiàn)閃爍。此外，還存在元件間不一致以及LED燈發(fā)出不需要的音頻噪聲等問題。這些負(fù)面情況通常是由誤觸發(fā)或過早關(guān)斷可控硅以及LED電流控制不當(dāng)?shù)纫蛩毓餐斐傻?。誤觸發(fā)的根本原因是在可控硅導(dǎo)通時出現(xiàn)了電流振蕩。

可控硅導(dǎo)通時，AC市電電壓幾乎同時施加到LED燈電源的LC輸入濾波器。施加到電感的電壓階躍會導(dǎo)致振蕩。如果調(diào)光器電流在振蕩期間低于可控硅電流，可控硅將停止導(dǎo)電?？煽毓栌|發(fā)電路充電，然后重新導(dǎo)通調(diào)光器。這種不規(guī)則的多次可控硅重啟動，可使LED燈產(chǎn)生不需要的音頻噪聲和閃爍。設(shè)計更為簡單的 EMI濾波器有助于降低此類不必要的振蕩。要想實現(xiàn)成功調(diào)光，輸入EMI濾波器電感和電容還必須盡可能地小。

振蕩的最差條件表現(xiàn)為90 度相位角(這時，輸入電壓達(dá)到正弦波峰值，突然施加到LED燈的輸入端)，并且為高輸入電壓(這時，調(diào)光器的正向電流達(dá)到最低水平)。當(dāng)需要深度調(diào)光(比如相位角接近180度)且為低輸入電壓時，則會發(fā)生過早關(guān)斷。要可靠地調(diào)低光度，可控硅必須單調(diào)導(dǎo)通，并停留在AC電壓幾乎降至零伏的點上。對于可控硅來說，維持導(dǎo)通所需的維持電流通常介于8 mA到40 mA之間。白熾燈比較容易維持這種電流大小，但對于功耗僅為等效白熾燈10%的LED燈來說，該電流可降低到可控硅維持電流以下，導(dǎo)致可控硅過早關(guān)斷。這樣就會造成閃爍和/或限制可調(diào)光范圍。

在設(shè)計LED照明電源時還有許多其他問題構(gòu)成挑戰(zhàn)。能源之星固態(tài)照明規(guī)范要求商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用的最小功率因數(shù)必須達(dá)到0.9，照明產(chǎn)品必須滿足效率、輸出電流容差和EMI的嚴(yán)格要求，并且電源還必須在LED負(fù)載發(fā)生短路或開路的情況下作出安全響應(yīng)。

分段式開關(guān)調(diào)光

利用墻上的普通電燈開關(guān)就能實現(xiàn)4段調(diào)光，第一次開為全亮，第二次開為60%亮度，第三次開為40%亮度，第四次開為20%亮度。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是可以利用普通的墻上開關(guān)實現(xiàn)調(diào)光。而且其功率因素高達(dá)0.92以上。沒有產(chǎn)生干擾信號之慮。缺點是無法連續(xù)調(diào)光。還有操作麻煩一些。

遙控式調(diào)光

采用紅外遙控器對LED實現(xiàn)調(diào)光。這當(dāng)然是最理想的解決方案?？梢詫崿F(xiàn)開關(guān)燈，和用PWM連續(xù)調(diào)光。缺點是成本高，沒有統(tǒng)一規(guī)格，只能用于高檔住宅。

其實我們應(yīng)當(dāng)回過來想一想我們要調(diào)光的主要目的應(yīng)當(dāng)是什么。前面所有提到的調(diào)光目的都是為了滿足居家的人們在不同場合下需要不同的光強。例如看電視的時候可能要暗一些，看書的時候可能要亮一些。這些大多是在住宅里。很少有辦公室、商場、工廠、學(xué)校安裝調(diào)光燈的。而且這些地方絕大多數(shù)安裝的是熒光燈、節(jié)能燈，也不可能進(jìn)行調(diào)光或者很難實現(xiàn)連續(xù)調(diào)光。

劃時代的為節(jié)能而調(diào)光

自從人類意識到一定要千方百計節(jié)能減排，才能解決大氣變暖的迫切問題后，如何減少照明用電就作為一個重要的問題提到日程上來。因為照明用電占總能耗的20%.幸好出現(xiàn)了高效節(jié)能的LED，LED本身比白熾燈節(jié)能5倍以上，比熒光燈、節(jié)能燈也要節(jié)能一倍左右，還不像熒光燈、節(jié)能燈那樣含汞。如果還能夠利用調(diào)光來節(jié)能，那么也是非常重要的節(jié)能手段。但過去所有光源都很不容易實現(xiàn)調(diào)光，而容易調(diào)光正是LED的一個很大的優(yōu)點。因為在很多場合其實不需要開燈或者至少不需要那么亮，可是燈卻開得很亮，例如半夜到黎明時段的路燈;地鐵車廂從地下開到郊區(qū)地面時車廂里的照明燈;更常見的是在陽光明媚時靠近窗口的辦公室、學(xué)校、工廠等的熒光燈都還開在那里。這些地方每天不知道要浪費多少電能。過去因為高壓鈉燈、熒光燈、吸頂燈、節(jié)能燈根本無法調(diào)光，也只能算了。改用LED以后，可以自如調(diào)光了，這些電能完全可以節(jié)省下來。所以對于燈具調(diào)光來說，家庭壁上調(diào)光不是主要的應(yīng)用場合，市場也很小。反而是路燈、辦公室、商場、學(xué)校、工廠的按需調(diào)光才是更重要的場合，不但市場巨大，而且節(jié)能可觀。這些場合需要的不是手動調(diào)光而是自動調(diào)光、智能調(diào)光。

路燈的調(diào)光

一般來說，路燈到半夜以后就沒有什么用處了，所以通常的做法是12點以后關(guān)燈或者開一半亮度。但是最合理的做法是根據(jù)交通流量來控制路燈的亮度，甚至是完全自適應(yīng)地控制亮度。

而為了實現(xiàn)這種智能調(diào)光，實際上也是十分簡單的。只要把這個地區(qū)的交通流量統(tǒng)計值的曲線輸入到一個單片機，根據(jù)這個曲線給出PWM的調(diào)光信號到恒流驅(qū)動源就可以實現(xiàn)。

光敏自動調(diào)光LED燈

為了減小在強日光下不必要的照明，可以采用光敏自動調(diào)光LED日光燈(或任何其他LED燈具)。

光敏元件的作用是感受周圍的日光，如果日光越強那么就輸出一個PWM信號到所有靠近日光的LED燈具(例如LED日光燈)，把它們的亮度調(diào)暗。一個調(diào)光信號發(fā)生器可以調(diào)節(jié)很多LED燈具，只要這些燈具的恒流驅(qū)動源帶有PWM調(diào)光控制接口。這種調(diào)光系統(tǒng)本身的效率高達(dá)92%以上。而且不存在任何和墻上可控硅調(diào)光線路的兼容性問題。這種全自動的自適應(yīng)節(jié)能調(diào)光是任何熒光燈、節(jié)能燈、高壓鈉燈等氣體放電管根本無法實現(xiàn)的，而卻是LED燈具最擅長的。

LED調(diào)光器的原理有三種

1. 波寬控制調(diào)光（Pulse Width Modulation，簡稱PWM） 將電源方波數(shù)位化，并控制方波的占空比，從而達(dá)到控制電流的目的。

2. 恒流電源調(diào)控 用模擬線性技術(shù)可以輕易調(diào)整電流的大小。

3. 分組調(diào)控 將多顆LED分組，用簡單的分組器調(diào)控。

上述1.2.兩種方法是可以用可調(diào)電阻旋鈕做無段控制。由于PWM模塊技術(shù)化的成熟，成本降低。很難從價格方面判定是使用何種方式的控流。然而可調(diào)電阻本身并不是一個很可靠的元器件。往往因為灰塵的進(jìn)入或者制造流程的不嚴(yán)緊，在操作可調(diào)電阻時會有瞬間跳空的故障，那么光源就會閃動。這種閃動在用PWM方式情況比較不明顯，在用線性技術(shù)調(diào)控電流的情況較明顯。

不論何種方式調(diào)控電流，都是可以改成觸動式按鍵開關(guān)（Tact Switch）或獨立分組開關(guān)（例如分組器、遙控器）來控制燈光。這樣的質(zhì)量比較可靠，使用壽命要長很多。實在有必要用可調(diào)電阻做細(xì)膩的燈光調(diào)控，建議用高質(zhì)量的可調(diào)電阻（通常要幾元到10幾元）。

無論LED是經(jīng)由降壓、升壓、降壓/升壓或線性穩(wěn)壓器驅(qū)動，連接每一個驅(qū)動電路最常見的線程就是須要控制光的輸出?，F(xiàn)今僅有很少數(shù)的應(yīng)用只需要開和關(guān)的簡單功能，絕大多數(shù)都需要從0～100%去微調(diào)光度。針對光度控制方面，主要的兩種解決方案為線性調(diào)節(jié)LED的電流(模擬調(diào)光)或在肉眼無法察覺的高頻下，讓驅(qū)動電流從0到目標(biāo)電流值之間來回切換(數(shù)字調(diào)光)。利用脈沖寬度調(diào)變(PWM)來設(shè)定循環(huán)和工作周期可能是實現(xiàn)數(shù)字調(diào)光的最簡單的方法，原因是相同的技術(shù)可以用來控制大部分的開關(guān)轉(zhuǎn)換器。

LED調(diào)光器的原理有三種：

1. 波寬控制調(diào)光（Pulse Width Modulation，簡稱PWM） 將電源方波數(shù)位化，并控制方波的占空比，從而達(dá)到控制電流的目的。

2. 恒流電源調(diào)控 用模擬線性技術(shù)可以輕易調(diào)整電流的大小。

3. 分組調(diào)控 將多顆LED分組，用簡單的分組器調(diào)控。