中心議題：
- LED燈具的幾種主要調(diào)光技術(shù)淺析
- 未來的LED調(diào)光系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)
解決方案：
- 采用直流電源的LED調(diào)光技術(shù)
- 采用交流電源的LED調(diào)光
- 用可控硅對(duì)LED調(diào)光
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。
1 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。
2 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？
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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。
3 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)使可控硅產(chǎn)生振蕩，這種振蕩對(duì)于白熾燈是無所謂的，因?yàn)榘谉霟舻臒釕T性使得人眼根本看不出這種振蕩。但是對(duì)于LED的驅(qū)動(dòng)電源就會(huì)產(chǎn)生音頻噪聲和閃爍。
3.2 可控硅調(diào)光的優(yōu)勢(shì)
可控硅調(diào)光雖然有那么多的缺點(diǎn)和問題，但是，它卻有著一定的的優(yōu)勢(shì)，那就是它已經(jīng)和白熾燈鹵素?zé)艚Y(jié)成了聯(lián)盟，占據(jù)了很大的調(diào)光市場(chǎng)。如果LED想要取代可控硅調(diào)光的白熾燈和鹵素?zé)魺艟叩奈恢茫鸵惨涂煽毓枵{(diào)光兼容。
具體來說，在一些已經(jīng)安裝了可控硅調(diào)光的白熾燈或鹵素?zé)舻牡胤剑瑝ι弦呀?jīng)安裝了可控硅的調(diào)光開關(guān)和旋鈕，墻壁里也已經(jīng)安裝了通向燈具的兩根連接線。要更換墻上的可控硅開關(guān)和要增加連接線的數(shù)目都不是那么容易，最簡(jiǎn)單的方法就是什么都不變，只要把燈頭上的白熾燈擰下，換上帶有兼容可控硅調(diào)光功能的LED燈泡就可以。這種戰(zhàn)略就像LED日光燈一樣，最好做成和現(xiàn)在的T10、T8熒光燈尺寸大小完全一樣，不需要專業(yè)電工，普通老百姓就可以直接更換，那就可以很快普及。因此國外很多生產(chǎn)LED驅(qū)動(dòng)IC的廠商都開發(fā)出了可以兼容現(xiàn)有可控硅調(diào)光的IC來。
和一般反激式的IC不同之處在于它們都可以檢測(cè)出可控硅的導(dǎo)通角來確定LED的電流以進(jìn)行調(diào)光，我們不準(zhǔn)備來詳細(xì)介紹它們的工作原理和性能，因?yàn)槲覀儾⒉徽J(rèn)為這是LED調(diào)光的方向。
3.3 兼容可控硅調(diào)光的問題和缺點(diǎn)
盡管多個(gè)跨國大芯片公司都推出了兼容現(xiàn)有可控硅調(diào)光的芯片和解決方案。但是這類解決方案是不值得推薦的，主要原因如下：
1）可控硅技術(shù)是具有半個(gè)多世紀(jì)的陳舊技術(shù)，它具有很多如前所述的缺點(diǎn)，是一種早該淘汰的技術(shù)。它應(yīng)該和白熾燈、鹵素?zé)敉瑫r(shí)退出歷史舞臺(tái)。
2）很多這類芯片自稱具有PFC,可以改善功率因素，實(shí)際上，它只改善了作為可控硅負(fù)載的功率因素，使它們看上去接近純阻的白熾燈和鹵素?zé)簦]有改善包括可控硅在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的功率因素。
3）所有兼容可控硅的LED調(diào)光系統(tǒng)的整體效率都十分低下，有些還沒有考慮為了穩(wěn)定工作而需要的泄流電阻的損耗，完全損壞了LED的高能效。
4）所有的可控硅LED調(diào)光系統(tǒng)也都是調(diào)節(jié)LED的正向電流，存在著前面所述的色譜偏移等缺點(diǎn)。
5）安裝可控硅調(diào)光的白熾燈和鹵素?zé)羲嫉谋壤坏饺f分之一，而在墻里安裝可控硅開關(guān)的比例在可控硅調(diào)光的燈具里連萬分之一都不到，因?yàn)榻^大多數(shù)安裝可控硅調(diào)光的都是臺(tái)燈、床頭燈、立燈。更何況市面上有幾十種不同規(guī)格的可控硅和晶體管調(diào)光開關(guān)，實(shí)際上所開發(fā)的IC根本不可能兼容所有的可控硅開關(guān)，而只能兼容其中的一小部分。
6）LED是一種全新的創(chuàng)世紀(jì)的技術(shù)，它有著無可比擬的優(yōu)越性。完全沒有必要為了照顧落后的可控硅而犧牲LED的優(yōu)點(diǎn)。更不應(yīng)該去新安裝墻上的可控硅開關(guān)來實(shí)現(xiàn)LED的調(diào)光。
4 未來的LED調(diào)光系統(tǒng)發(fā)展
4.1 PWM調(diào)光
前面已經(jīng)說過LED調(diào)光最好是采用PWM調(diào)光，采用PWM調(diào)光時(shí)，可以在墻上開關(guān)里安裝一個(gè)簡(jiǎn)單的PWM發(fā)生器，然后利用電位器來控制PWM的工作比從而實(shí)現(xiàn)調(diào)光。但是如果還要開關(guān)燈的亮滅，那么就需要再加一對(duì)線。所以無法兼容原來墻里的的可控硅開關(guān)的引線。原來的可控硅開關(guān)的引線只有2根，就可以又能調(diào)光又能開關(guān)。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是很難兼容的。不過實(shí)際上真正最常用的調(diào)光燈具是臺(tái)燈或立燈，那些調(diào)光開關(guān)都是安裝在電源線上不是墻里，那也就無所謂要利用墻里的兩根引線了。也就是說，PWM調(diào)光是可以直接應(yīng)用于調(diào)光型臺(tái)燈的。
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4.2 分段式開關(guān)調(diào)光
臺(tái)灣有一家公司推出了一種稱之為EZ-Dimming的GM6182的四段開關(guān)調(diào)光不失為一種好方案。它只利用墻上的普通電燈開關(guān)就能實(shí)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(diǎn)是可以利用普通的墻上開關(guān)實(shí)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(hào)之慮。缺點(diǎn)是無法連續(xù)調(diào)光。還有操作麻煩一些。
4.3 遙控式調(diào)光
采用紅外遙控器對(duì)LED實(shí)現(xiàn)調(diào)光。這當(dāng)然是最理想的解決方案。可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)燈，和用PWM連續(xù)調(diào)光。缺點(diǎn)是成本高，沒有統(tǒng)一規(guī)格，只能用于高檔住宅。
其實(shí)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?cè)诓煌瑘?chǎng)合下需要不同的光強(qiáng)。例如看電視的時(shí)候可能要暗一些，看書的時(shí)候可能要亮一些。這些大多是在住宅里。很少有辦公室、商場(chǎng)、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(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)光。
5 劃時(shí)代的為節(jié)能而調(diào)光
自從人類意識(shí)到一定要千方百計(jì)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(gè)重要的問題提到日程上來。因?yàn)檎彰饔秒娬伎偰芎牡?0%.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(shí)現(xiàn)調(diào)光，而容易調(diào)光正是LED的一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)樵诤芏鄨?chǎng)合其實(shí)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(shí)段的路燈；地鐵車廂從地下開到郊區(qū)地面時(shí)車廂里的照明燈；更常見的是在陽光明媚時(shí)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(fèi)多少電能！過去因?yàn)楦邏衡c燈、熒光燈、吸頂燈、節(jié)能燈根本無法調(diào)光，也只能算了。現(xiàn)在改用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(duì)于燈具調(diào)光來說，家庭壁上調(diào)光不是主要的應(yīng)用場(chǎng)合，市場(chǎng)也很小。反而是路燈、辦公室、商場(chǎng)、學(xué)校、工廠的按需調(diào)光才是更重要的場(chǎng)合，不但市場(chǎng)巨大，而且節(jié)能可觀。這些場(chǎng)合需要的不是手動(dòng)調(diào)光而是自動(dòng)調(diào)光、智能調(diào)光！
5.1 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(diǎn)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(shí)現(xiàn)這種智能調(diào)光，實(shí)際上也是十分簡(jiǎn)單的。只要把這個(gè)地區(qū)的交通流量統(tǒng)計(jì)值的曲線輸入到一個(gè)單片機(jī)，根據(jù)這個(gè)曲線給出PWM的調(diào)光信號(hào)到恒流驅(qū)動(dòng)源就可以實(shí)現(xiàn)。
5.2 光敏自動(dòng)調(diào)光LED燈
為了減小在強(qiáng)日光下不必要的照明，可以采用光敏自動(dòng)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(qiáng)那么就輸出一個(gè)PWM信號(hào)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(gè)調(diào)光信號(hào)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(dòng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)的，而卻是LED燈具最擅長(zhǎng)的。
