【導(dǎo)讀】調(diào)光的作用是為了在光照中得到一個舒適環(huán)境，實現(xiàn)節(jié)能減排。那么LED調(diào)光該如何實現(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)行對比，詳細(xì)分析其中的優(yōu)劣勢。
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更舒適的環(huán)境，還能實現(xiàn)節(jié)能減排。
LED調(diào)光怎么實現(xiàn)?曰：LED調(diào)光目前有兩種思路三個方法：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)電路以相對于人眼識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處，使用者要根據(jù)使用場合和成本上考慮。數(shù)字 調(diào)光是LED驅(qū)動技術(shù)發(fā)展的一大方向，在技術(shù)實現(xiàn)上,模擬調(diào)光在替換方案中優(yōu)勢明顯，而數(shù)字調(diào)光更符合人們對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可變電阻進(jìn)行調(diào)光。應(yīng)用非常簡單，也不會產(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，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
對于3W的大功率LED燈柱來說，以350mA時的光輸出作為100%，那么200mA時的光輸出就大約是60%，100mA時大約是25%。所以調(diào)電流可以很容易實現(xiàn)亮度的調(diào)節(jié)。
這種原始的調(diào)光，其缺點也是比較大的，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(dāng)正向電流減小時，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，就會引起彩色的偏移，而人眼對彩色的偏差是十分敏感的。 缺點2， LED通常是用DC-DC的恒流驅(qū)動電源來驅(qū)動的，而恒流驅(qū)動源通常分為升壓型或降壓型兩種，正向電流的減小也會引起正向電壓的減小。所以在把電流調(diào)低的 時候，LED的正向電壓也就跟著降低。這就會改變電源電壓和負(fù)載電壓之間的關(guān)系。調(diào)電流會產(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?？煽毓枵{(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)動場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。因為白熾燈和鹵素?zé)羰且粋€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，由于Rt、Ct組成的RC充電電路有一個充電時間，電容上的電壓是 從0V開始充電的，且TRIAC的驅(qū)動極串聯(lián)有一個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，DIAC觸發(fā)導(dǎo)通，TRIAC可靠導(dǎo)通，此時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，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)光的缺點是：①進(jìn)行可控硅調(diào)光時輸入端的LC濾波器會使可控硅產(chǎn)生振蕩，這種振蕩對于白熾燈是無所謂的，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(qū)動電源就會產(chǎn)生音頻噪聲和閃爍。②可控硅調(diào)光會破壞正弦波的波形，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)，非正弦的波形會在線路上產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾信號(EMI)污染電網(wǎng)，嚴(yán)重的會 使電網(wǎng)癱瘓。③不能實現(xiàn)比較寬范圍的調(diào)光控制，當(dāng)可控硅導(dǎo)通角較小時，由于此時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，這可是比較時髦調(diào)光方式。
玩電子的人都知道， LED就是一個二極管，它可以實現(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LED提供脈波電流的方法也稱作PWM，LED本身對應(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)時間在100奈秒(ns)等級，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，人眼會觀察到LED光閃爍。頻率在500Hz～20kHz之 間時，電路就有噪聲。調(diào)光是通過在單個開關(guān)周期的某部分時間內(nèi)將LED導(dǎo)通;在開關(guān)周期的其余部分時間內(nèi)，將LED關(guān)閉來實現(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LED導(dǎo)通時間(TON)除以整個開關(guān)/導(dǎo)通周期時間(TS)(圖4)。
圖4：LED的開關(guān)周期示意圖及工作周期計算公式
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(xiàn)在各個芯片廠商，都在轟轟烈烈的做很多LED驅(qū)動芯片，其中很多芯片都集成PWM和模擬調(diào)光兩種方式。下面圖5是一個集成PWM的調(diào)光驅(qū)動IC的設(shè)計電路框圖。
利用PWM進(jìn)行調(diào)光，其對LED燈珠的驅(qū)動電流呈方波狀，其脈沖寬度可變，經(jīng)過對脈沖寬度的調(diào)制轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)制LED燈連續(xù)點亮的時間，也同時轉(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;因為人的眼睛視覺的滯后性，不會感覺得到光源在調(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LED調(diào)光的缺陷是驅(qū)動電流的過沖對LED芯片的壽命肯定有一定的影響)
總的來說，線性通常可以很簡單的來實現(xiàn)。但是由于LED光的特性要隨著平均驅(qū)動電流而偏移。對于單色LED來說，其主波長會改變。對白光LED來 說，其相關(guān)顏色溫度(CCT)會改變。用PWM調(diào)光則保證了LED發(fā)出設(shè)計者需要的顏色。PWM調(diào)光也可以提高輸出電流精度。模擬調(diào)光會降低輸出電流的精 度。通常來說，相對于模擬調(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。因為PWM是保證CCT和顏**況下測定電流(光強(qiáng))，模 擬調(diào)光則是不存在這個前提。如果要犧牲這個前提來考慮節(jié)能的話，需要實測數(shù)據(jù)。但估計在實現(xiàn)同等照度的情況下，PWM會有優(yōu)勢。
從調(diào)光響應(yīng)時間來說，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。在實際使用中應(yīng)用得最為廣泛。
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