一些你必須知道LED調(diào)光知識
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LED光源的調(diào)光應采用那種技術?我們?nèi)绾握莆漳?要解答以上問題，首先我們要了解LED的伏安特性。
所謂LED的伏安特性，即是流過LED P-N結的電流隨電壓變化的特性，在示波器上能十分形象地展示這種變化(如圖1)，一根完整的伏安曲線包括正向特性與反向特性。通常，反向特性曲線變化較為陡峭，當電壓超過某個閾值時，電流會出現(xiàn)指數(shù)式上升，從而擊穿LED P-N結。而LED的正向電壓也是由其正向電流決定的。從LED的伏安特性(圖1)可知，正向電流的變化會引起正向電壓的相應變化，確切地說，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的電壓也就跟著降低，這就會改變電源電壓和負載電壓之間的關系。
圖一 LED伏安特性
因此從LED的伏安特性，我們可得知LED光源的調(diào)光不能夠簡單用降低LED的輸入電壓或輸入電流來實現(xiàn)，另外LED的正弦波的波形有別于白熾燈的波形，因此也不能簡單得通過改變其導通角，從而實現(xiàn)改變其有效值(有效調(diào)光)的目的。
為了讓大家更容易理解以上的觀點，舉例如下：
例如，在一個輸入為24V的LED燈具中，采用了8顆1W的大功率LED串聯(lián)起來。在正向電流為350mA時，每個LED的正向電壓是3.3V，那么8顆串聯(lián)就是26.4V，因此負載電壓比輸入電壓高，所以應該采用>24V的恒流源。但是，為了要調(diào)光，把電流降到100mA，這時候的正向電壓只有2.8V，8顆串聯(lián)為22.4V，負載電壓就變成低于輸入電壓，這樣>24V的恒流源就根本無法工作，最后LED就會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。
這時你可能會選用可降壓型(寬電壓)恒流源，例如10V-30V恒流源來進行調(diào)光，但是這種可降壓型(寬電壓)恒流源如果調(diào)到一個低的正向電壓，LED的負載電流也變得很低，因此降壓比非常大，超出了這種可降壓型(寬電壓)恒流源的正常工作范圍，也會使它無法工作而產(chǎn)生閃爍。另外可降壓型(寬電壓)恒流源長時間工作于低亮度，會使可其效率降低及溫升增高而無法工作，因為可降壓型(寬電壓)恒流源的效率是和降壓比有關的，降壓比越大，效率越低，損耗在芯片上的功耗越大，從而會損害恒流源及LED光源的壽命。很多人因為不了解其中的問題，還總要去從調(diào)光的電路里去找問題，那是徒勞無益的。
普通的白熾燈和鹵素燈通常采用可控硅來調(diào)光。因為白熾燈和鹵素燈是一個純電阻器件，它不要求輸入電壓一定是正弦波，因為它的電流波形永遠和電壓波形一樣，所以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。
然而可控硅調(diào)光對LED光源的調(diào)節(jié)會產(chǎn)生意想不到的問題，那就是輸入端的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。另外可控硅調(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)生嚴重的干擾信號(EMI)污染電網(wǎng)，嚴重的會使電網(wǎng)癱瘓。
讀到此處，你可能會問：“降低電壓或電流及可控硅調(diào)光方式都不適合LED光源調(diào)光，那么什么方式才是最合適的呢?”。
是模擬(1-10V)調(diào)光方式嗎?不是。模擬調(diào)光面臨著一個嚴峻的挑戰(zhàn)，這就是輸出電流精度。幾乎每個LED驅(qū)動都要用到某種串聯(lián)電阻來辨別電流，而模擬(1-10V)調(diào)光驅(qū)動中的容差、偏移和延遲導致了一個相對固定的誤差, 這樣就會反過來降低輸出電流的精度，最終輸出電流無法指定、控制或保證。因此保證LED光源的調(diào)光效果，其中重要的一點是在一個閉環(huán)系統(tǒng)中降低輸出電流誤差，提高電流精確度。
PWM(脈寬調(diào)制)調(diào)光方式可以很好的解決以上問題，因為LED是一個二極管，它可以實現(xiàn)快速開關，它可允許的開關速度可以高達微秒以上，是任何發(fā)光器件所無法比擬的。因此，只要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，這種方法稱為脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)光法。這種調(diào)光方式就像一個以高達微秒以上開關的水閘，由于該水閘開關頻率很快，快到我們無法用肉眼識別其開關的狀態(tài)，其結果是我們只能夠通下游水量的多少，才能識別其開關頻率的快慢。另外由于該水閘改變的是輸出水流的占空比(水流有效流量)，不改變水流的瞬間水壓及瞬間流量，因此該水閘的高達微秒以上開關動作不會影響水力發(fā)電的工作，因為瞬間水壓及瞬間流量不變，改變的是下流的水量及發(fā)電的總量。因此，以此類推PWM(脈寬調(diào)制)調(diào)光方式不改變輸入LED PN結的瞬間電壓及瞬間電流，改變的是輸出電流的占空比，從而改變其亮度。
因此，LED PWM(脈寬調(diào)制)調(diào)光方式還有以下的優(yōu)點：
1、不會產(chǎn)生任何LED色譜偏移，因為LED始終工作在滿幅度電流和0之間。
2、有極高的調(diào)光精確度，因為脈沖波形完全可以控制到很高的精度，所以很容易實現(xiàn)萬分之一的精度。
3、即使在很大范圍內(nèi)調(diào)光，也不會發(fā)生閃爍現(xiàn)象。因為不會改變恒流源的工作條件(升壓比或降壓比)，更不可能發(fā)生過熱等問題。
4、可以和數(shù)字(DALI/DSI/DMX 512)控制技術相結合來進行控制，因為數(shù)字控制信號很容易變換成為一個PWM信號。
雖然LED PWM(脈寬調(diào)制)調(diào)光方式有很多優(yōu)點，但是需要注意以下兩個問題：
1、脈沖頻率的選擇，因為LED是處于快速開關狀態(tài)，假如工作頻率很低，人眼就會感到閃爍。為了充分利用人眼的視覺殘留現(xiàn)象，它的工作頻率應當高于100Hz，最好為200Hz。
2、消除調(diào)光引起的嘯聲，雖然200Hz以上人眼無法察覺，可是一直到20kHz卻都是人耳聽覺的范圍。這時候就有可能會聽到絲絲的聲音。解決這個問題有兩種方法，一是把開關頻率提高到20kHz以上，跳出人耳聽覺的范圍。另一種方法是找出發(fā)聲的器件而加以處理。
目前已經(jīng)有些生產(chǎn)LED可調(diào)光電源，驅(qū)動器及數(shù)字控制系統(tǒng)的廠家已經(jīng)很好得解決了上述問題，如銳高(Tridonic)公司的LED可調(diào)光電源及驅(qū)動器都采用PWM(脈寬調(diào)制)調(diào)光技術(圖2)，其控制信號均采用DALI(數(shù)字可尋址的照明接口)技術,并結合數(shù)字照明控制系統(tǒng)，實現(xiàn)全數(shù)字化的LED控制產(chǎn)品線。另外TRIDONIC(銳高)最新的基于PL-LED技術的LED光引擎產(chǎn)品(圖3)。PL-LED是指TRIDONIC的LED熒光粉創(chuàng)新技術，該技術可以實現(xiàn)在同一LED光源內(nèi)顏色及色溫的變化，同時可以通過軟件選定固定的色溫(例如：2700K-6200K)或顏色(例如：RGB)并進行調(diào)光控制，目前LED應用數(shù)字調(diào)光技術的最高境界。
圖二 LED可調(diào)光電源
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