LED燈具主要調(diào)光技術(shù)淺析

　　LED作為一種光源，調(diào)光是很重要的。不僅是為了在家居中得到一個(gè)更舒適的環(huán)境，在今天來說，減少不必要的電光線，以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的是更加重要的一件事。而且對(duì)于LED光源來說，調(diào)光也是比其他熒光燈、節(jié)能燈、高壓鈉燈等更容易實(shí)現(xiàn)，所以更應(yīng)該在各種類型的LED燈具中加上調(diào)光的功能。

　　一、采用直流電源led的調(diào)光技術(shù)

　　用調(diào)正向電流的方法來調(diào)亮度要改變LED的亮度，是很容易實(shí)現(xiàn)的。首先想到的是改變它的驅(qū)動(dòng)電流，因?yàn)長(zhǎng)ED的亮度是幾乎和它的驅(qū)動(dòng)電流直接成正比關(guān)系。

　　1.1 調(diào)節(jié)正向電流的方法

　　調(diào)節(jié)LED的電流最簡(jiǎn)單的方法就是改變和LED負(fù)載串聯(lián)的電流檢測(cè)電阻，幾乎所有DC-DC恒流芯片都有一個(gè)檢測(cè)電流的接口，是檢測(cè)到的電壓和芯片內(nèi)部的參考電壓比較，來控制電流的恒定。但是這個(gè)檢測(cè)電阻的值通常很小，只有零點(diǎn)幾歐，如果要在墻上裝一個(gè)零點(diǎn)幾歐的電位器來調(diào)節(jié)電流是不大可能的，因?yàn)橐€電阻也會(huì)有零點(diǎn)幾歐了。所以有些芯片提供一個(gè)控制電壓接口，改變輸入的控制電壓就可以改變其輸出恒流值。

　　1.2 調(diào)正向電流會(huì)使色譜偏移

　　然而用調(diào)正向電流的方法來調(diào)亮度會(huì)產(chǎn)生一個(gè)問題，那就是在調(diào)亮度的同時(shí)也會(huì)改變它的光譜和色溫。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，從而使其光譜的主波長(zhǎng)增長(zhǎng)。如：當(dāng)正向電流為350mA時(shí)，色溫為5734K,而正向電流增加到350mA時(shí)，色溫就偏移到5636K.電流再進(jìn)一步減小時(shí)，色溫會(huì)向暖色變化。

　　當(dāng)然這些問題在一般的實(shí)際照明中可能不算是一個(gè)大問題。然而在采用RGB的LED系統(tǒng)中，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，因此也是不能允許的。

　　1.3 調(diào)電流會(huì)產(chǎn)生使恒流源無法工作的嚴(yán)重問題

　　然而在具體實(shí)現(xiàn)中，用調(diào)正向電流的方法來調(diào)光可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)更為嚴(yán)重的問題。

　　我們知道LED通常是用DC-DC的恒流驅(qū)動(dòng)電源來驅(qū)動(dòng)的，而這類恒流驅(qū)動(dòng)源通常分為升壓型或降壓型兩種（當(dāng)然還有升降壓型，但由于效率低、價(jià)錢貴而不常用）。究竟采用升壓型還是降壓型是由電源電壓和LED負(fù)載電壓之間的關(guān)系決定的。假如電源電壓低于負(fù)載電壓就采用升壓型；假如電源電壓高于負(fù)載電壓就采用降壓型。而LED的正向電壓是由其正向電流決定的。從LED的伏安特性可知，正向電流的變化會(huì)引起正向電壓的相應(yīng)變化，確切地說，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。

　　例如，在一個(gè)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(shí)，每個(gè)LED的正向電壓是3.3V.那么8顆串聯(lián)就是26.4V,比輸入電壓高。所以應(yīng)該采用升壓型恒流源。但是，為了要調(diào)光，把電流降到100mA,這時(shí)候的正向電壓只有2.8V,8顆串聯(lián)為22.4V,負(fù)載電壓就變成低于電源電壓。這樣升壓型恒流源就根本無法工作，而應(yīng)該采用降壓型。對(duì)于一個(gè)升壓型的恒流源一定要它工作于降壓是不行的，最后LED就會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。實(shí)際上，只要是采用了升壓型恒流源，在用調(diào)正向電流調(diào)光時(shí)，只要調(diào)到很低的亮度幾乎一定會(huì)產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。因?yàn)槟菚r(shí)候的LED負(fù)載電壓一定是低于電源電壓。很多人因?yàn)椴涣私馄渲械膯栴}，還總要去從調(diào)光的電路里去找問題，那是徒勞無益的。

　　采用降壓型恒流源問題會(huì)少一些，因?yàn)槿绻緛黼娫措妷焊哂谪?fù)載電壓，當(dāng)亮度是往低調(diào)，負(fù)載電壓是降低的，所以還是需要降壓型恒流源。但是如果調(diào)到非常低的正向電流，LED的負(fù)載電壓也變得很低，那時(shí)候降壓比非常大，也可能超出了這種降壓型恒流源的正常工作范圍，也會(huì)使它無法工作而產(chǎn)生閃爍。

　　1.4 長(zhǎng)時(shí)間工作于低亮度有可能會(huì)使降壓型恒流源效率降低溫升增高而無法工作

　　一般人可能認(rèn)為向下調(diào)光是降低恒流源的輸出功率，所以不可能會(huì)引起降壓型恒流源的功耗加大而溫升增高。殊不知當(dāng)降低正向電流時(shí)所引起的正向電壓降低會(huì)使降壓比降低。而降壓型恒流源的效率是和降壓比有關(guān)的，降壓比越大，效率越低，損耗在芯片上的功耗越大。

　　1.5 調(diào)節(jié)正向電流無法得到精確調(diào)光

　　因?yàn)檎螂娏骱凸廨敵霾⒉皇峭耆汝P(guān)系，而且不同的LED會(huì)有不同的正向電流和光輸出關(guān)系曲線。所以用調(diào)節(jié)正向電流的方法很難實(shí)現(xiàn)精確的光輸出控制。

　　LED是一個(gè)二極管，它可以實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)。它的開關(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。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。假如脈沖的周期為tpwm,脈沖寬度為ton,那么其工作比D（或稱為孔度比）就是ton/tpwm.改變恒流源脈沖的工作比就可以改變LED的亮度。

　　二、采用交流電源的LED調(diào)光

　　2.1 如何實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光

　　具體實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光的方法就是在LED的負(fù)載中串入一個(gè)MOS開關(guān)管，這串LED的陽極用一個(gè)恒流源供電。

　　然后用一個(gè)PWM信號(hào)加到MOS管的柵極，以快速地開關(guān)這串LED.從而實(shí)現(xiàn)調(diào)光。也有不少恒流芯片本身就帶一個(gè)PWM的接口，可以直接接受PWM信號(hào)，再輸出控制MOS開關(guān)管。那么這種PWM調(diào)光方法有那些優(yōu)缺點(diǎn)呢？

　　2.2 脈寬調(diào)制調(diào)光的優(yōu)點(diǎn)

　　1.不會(huì)產(chǎn)生任何色譜偏移。因?yàn)長(zhǎng)ED始終工作在滿幅度電流和0之間。

　　2.可以有極高的調(diào)光精確度。因?yàn)槊}沖波形完全可以控制到很高的精度，所以很容易實(shí)現(xiàn)萬分之一的精度。

　　3.可以和數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合來進(jìn)行控制。因?yàn)槿魏螖?shù)字都可以很容易變換成為一個(gè)PWM信號(hào)。

　　4. 即使在很大范圍內(nèi)調(diào)光，也不會(huì)發(fā)生閃爍現(xiàn)象。因?yàn)椴粫?huì)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。

　　2.3 脈寬調(diào)光要注意的問題

　　1. 脈沖頻率的選擇：因?yàn)長(zhǎng)ED是處于快速開關(guān)狀態(tài)，假如工作頻率很低，人眼就會(huì)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(yīng)當(dāng)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(shí)候就有可能會(huì)聽到絲絲的聲音。解決這個(gè)問題有兩種方法，一是把開關(guān)頻率提高到20kHz以上，跳出人耳聽覺的范圍。但是頻率過高也會(huì)引起一些問題，因?yàn)楦鞣N寄生參數(shù)的影響，會(huì)使脈沖波形（前后沿）產(chǎn)生畸變。這就降低了調(diào)光的精確度。另一種方法是找出發(fā)聲的器件而加以處理。實(shí)際上，主要的發(fā)聲器件是輸出端的陶瓷電容，因?yàn)樘沾呻娙萃ǔ６际怯筛呓殡姵?shù)的陶瓷所做成，這類陶瓷都具有壓電特性。在200Hz的脈沖作用下就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)而發(fā)聲。解決的方法是采用鉭電容來代替。不過，高耐壓的鉭電容很難得到，而且價(jià)錢很貴，會(huì)增加一些成本。

三、用可控硅對(duì)LED調(diào)光

　　普通的白熾燈和鹵素?zé)敉ǔ２捎每煽毓鑱碚{(diào)光。因?yàn)榘谉霟艉望u素?zé)羰且粋€(gè)純阻器件，它不要求輸入電壓一定是正弦波，因?yàn)樗碾娏鞑ㄐ斡肋h(yuǎn)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。采用可控硅就是對(duì)交流電的正弦波加以切割而達(dá)到改變其有效值的目的。負(fù)載是和可控硅開關(guān)串聯(lián)的。

　　改變可變電阻的分壓比就可以改變其導(dǎo)通角，從而實(shí)現(xiàn)改變其有效值的目的。通常這個(gè)電位器帶一個(gè)開關(guān)，接在n的輸入端，用于開關(guān)燈。除了可控硅以外，還有晶體管后沿調(diào)光技術(shù)等等，因?yàn)樗鼈兊幕締栴}是相同的，就不在此介紹了。

　　3.1 可控硅調(diào)光的缺點(diǎn)和問題

　　然而，可控硅調(diào)光存在一系列問題。

　　1. 可控硅破壞了正弦波的波形，從而降低了功率因素值，通常PF低于0.5,而且導(dǎo)通角越小時(shí)功率因素越差（1/4亮度時(shí)只有0.25）。

　　2. 同樣，非正弦的波形加大了諧波系數(shù)。

　　3. 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）

　　4. 在低負(fù)載時(shí)很容易不穩(wěn)定，為此還必須加上一個(gè)泄流電阻。而這個(gè)泄流電阻至少要消耗1-2瓦的功率。

　　5. 在普通可控硅調(diào)光電路輸出到LED的驅(qū)動(dòng)電源時(shí)還會(huì)產(chǎn)生意想不到的問題，那就是輸入端的LC濾波器會(huì)使可控