卓越的銳高LED調光技術(shù)

LED光源的調光應采用那種技術(shù)？我們如何掌握呢？要解答以上問(wèn)題，首先我們要了解LED的伏安特性。

LED 的伏安特性

所謂LED的伏安特性，即是流過(guò)LED P-N結（可參考LED革命,革命一文）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(xiàn)包括正向特性與反向特性。通常，反向特性曲線(xiàn)變化較為陡峭，當電壓超過(guò)某個(gè)閾值時(shí)，電流會(huì )出現指數式上升，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(huì )引起正向電壓的相應變化，確切地說(shuō)，正向電流的減小也會(huì )引起正向電壓的減小。所以在把電流調低的時(shí)候，LED的電壓也就跟著(zhù)降低，這就會(huì )改變電源電壓和負載電壓之間的關(guān)系。

因此從LED的伏安特性，我們可得知LED光源的調光不能夠簡(jiǎn)單用降低LED的輸入電壓或輸入電流來(lái)實(shí)現，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(jiǎn)單得通過(guò)改變其導通角，從而實(shí)現改變其有效值（有效調光）的目的。

為了讓大家更容易理解以上的觀(guān)點(diǎn)，舉例如下：

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(lái)。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，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，負載電壓就變成低于輸入電壓，這樣>24V的恒流源就根本無(wú)法工作，最后LED就會(huì )出現閃爍現象。

這時(shí)你可能會(huì )選用可降壓型（寬電壓）恒流源，例如10V-30V恒流源來(lái)進(jìn)行調光，但是這種可降壓型（寬電壓）恒流源如果調到一個(gè)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(huì )使它無(wú)法工作而產(chǎn)生閃爍。另外可降壓型（寬電壓）恒流源長(cháng)時(shí)間工作于低亮度，會(huì )使可其效率降低及溫升增高而無(wú)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(guān)的，降壓比越大，效率越低，損耗在芯片上的功耗越大，從而會(huì )損害恒流源及LED光源的壽命。很多人因為不了解其中的問(wèn)題，還總要去從調光的電路里去找問(wèn)題，那是徒勞無(wú)益的。

LED可控硅調光

普通的白熾燈和鹵素燈通常采用可控硅來(lái)調光。因為白熾燈和鹵素燈是一個(gè)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，就可以調光。

然而可控硅調光對LED光源的調節會(huì )產(chǎn)生意想不到的問(wèn)題，那就是輸入端的LC濾波器會(huì )使可控硅產(chǎn)生振蕩，這種振蕩對于白熾燈是無(wú)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的驅動(dòng)電源就會(huì )產(chǎn)生音頻噪聲和閃爍。另外可控硅調光會(huì )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），因此可控硅調光大大降低了LED的系統效率。而且可控硅調光的波形加大了諧波系數，非正弦的波形會(huì )在線(xiàn)路上產(chǎn)生嚴重的干擾信號(EMI)污染電網(wǎng)，嚴重的會(huì )使電網(wǎng)癱瘓。

讀到此處，你可能會(huì )問(wèn)：“降低電壓或電流及可控硅調光方式都不適合LED光源調光，那么什么方式才是最合適的呢？”。

是模擬（1-10V）調光方式嗎？不是。模擬調光面臨著(zhù)一個(gè)嚴峻的挑戰，這就是輸出電流精度。幾乎每個(gè)LED驅動(dòng)都要用到某種串聯(lián)電阻來(lái)辨別電流，而模擬（1-10V）調光驅動(dòng)中的容差、偏移和延遲導致了一個(gè)相對固定的誤差, 這樣就會(huì )反過(guò)來(lái)降低輸出電流的精度，最終輸出電流無(wú)法指定、控制或保證。因此保證LED光源的調光效果，其中重要的一點(diǎn)是在一個(gè)閉環(huán)系統中降低輸出電流誤差，提高電流精確度。

PWM(脈寬調制)調光方式可以很好的解決以上問(wèn)題，因為L(cháng)ED是一個(gè)二極管，它可以實(shí)現快速開(kāi)關(guān)，它可允許的開(kāi)關(guān)速度可以高達微秒以上，是任何發(fā)光器件所無(wú)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(chēng)為脈寬調制（PWM）調光法。這種調光方式就像一個(gè)以高達微秒以上開(kāi)關(guān)的水閘，由于該水閘開(kāi)關(guān)頻率很快，快到我們無(wú)法用肉眼識別其開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)動(dòng)作不會(huì )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(lèi)推PWM(脈寬調制)調光方式不改變輸入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(脈寬調制)調光方式還有以下的優(yōu)點(diǎn)：

1、不會(huì )產(chǎn)生任何LED色譜偏移，因為L(cháng)ED始終工作在滿(mǎn)幅度電流和0之間。

2、有極高的調光精確度，因為脈沖波形完全可以控制到很高的精度，所以很容易實(shí)現萬(wàn)分之一的精度。

3、即使在很大范圍內調光，也不會(huì )發(fā)生閃爍現象。因為不會(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(guò)熱等問(wèn)題。

4、可以和數字（DALI/DSI/DMX 512）控制技術(shù)相結合來(lái)進(jìn)行控制，因為數字控制信號很容易變換成為一個(gè)PWM信號。

雖然LED PWM(脈寬調制)調光方式有很多優(yōu)點(diǎn)，但是需要注意以下兩個(gè)問(wèn)題：

1、脈沖頻率的選擇，因為L(cháng)ED是處于快速開(kāi)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(jué)殘留現象，它的工作頻率應當高于100Hz，最好為200Hz。

2、消除調光引起的嘯聲，雖然200Hz以上人眼無(wú)法察覺(jué)，可是一直到20kHz卻都是人耳聽(tīng)覺(jué)的范圍。這時(shí)候就有可能會(huì )聽(tīng)到絲絲的聲音。解決這個(gè)問(wèn)題有兩種方法，一是把開(kāi)關(guān)頻率提高到20kHz以上，跳出人耳聽(tīng)覺(jué)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可調光電源，驅動(dòng)器及數字控制系統的廠(chǎng)家已經(jīng)很好得解決了上述問(wèn)題，如銳高（Tridonic）公司的LED可調光電源及驅動(dòng)器都采用PWM(脈寬調制)調光技術(shù)（圖2），其控制信號均采用DALI(數字可尋址的照明接口)技術(shù),并結合數字照明控制系統，實(shí)現全數字化的LED控制產(chǎn)品線(xiàn)。另外TRIDONIC（銳高）最新的基于PL-LED技術(shù)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(shù)，該技術(shù)可以實(shí)現在同一LED光源內顏色及色溫的變化，同時(shí)可以通過(guò)軟件選定固定的色溫（例如：2700K-6200K）或顏色(例如：RGB)并進(jìn)行調光控制，目前LED應用數字調光技術(shù)的最高境界。

LED數字（DALI）調光接口

好的LED光源調光技術(shù)需要有好的LED控制信號技術(shù)來(lái)匹配及配合，才能成為一個(gè)行之有效，穩定可靠的系統。之前提到了LED PWM(脈寬調制)調光方式有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，數字控制信號很容易變換成為一個(gè)PWM信號。而在照明的數字控制信號中，DALI(數字可尋址的照明接口)有著(zhù)其他照明數字控制信號無(wú)可比擬的優(yōu)越性，且也是目前數字控制信號應用在照明行業(yè)的主流，開(kāi)放的國際標準。因此PWM(脈寬調制)調光方式與DALI(數字可尋址的照明接口) 的匹配可謂是“好馬配好鞍”，各自發(fā)揮著(zhù)自身的優(yōu)勢，PWM(脈寬調制)調光技術(shù)解決好LED光源的最終調光難題，DALI(數字可尋址的照明接口)技術(shù)解決了每個(gè)LED燈具的控制，反饋及組網(wǎng)。

DALI(數字可尋址的照明接口)技術(shù)的最大特點(diǎn)是單個(gè)燈具具有獨立地址，通過(guò)DALI系統軟件可對單燈或任意的燈組進(jìn)行精確的調光及開(kāi)關(guān)控制，不論這些燈具在強電上是同一個(gè)回路或不同回路。即照明控制上與強電回路無(wú)關(guān)，DALI系統軟件可對同一強電回路或不同回路上的單或多個(gè)燈具進(jìn)行獨立尋址，從而實(shí)現單獨控制和任意分組。這一理念為照明控制帶來(lái)極大的靈活性，用戶(hù)可根據需要隨心所欲地設計滿(mǎn)足其需求的照明方案，甚至在安裝結束后的運行過(guò)程中仍可任意修改控制要求，而無(wú)須對線(xiàn)路做任何改動(dòng)。

銳高（Tridonic）公司在1991年推出了世界第一款數字調光技術(shù)DSI接口（Digital Serial interface）技術(shù)，而DALI是在 DSI接口（Digital Serial interface）技術(shù)的基礎上發(fā)展起來(lái)的目前最新型的可調光數字技術(shù)，2000年銳高（Tridonic）公司匯同其他的制造商制訂了DALI的工業(yè)標準，并納入IEC60929，保證不同的制造廠(chǎng)生產(chǎn)的DALI設備能全部兼容，并于2001年成立世界DALI協(xié)會(huì )。通過(guò)DALI技術(shù)的推出及應用，目前DALI已成為歐洲數字調光的主流標準。

以下是PWM(脈寬調制)調光方式結合DALI(數字可尋址的照明接口)的應用優(yōu)勢

1、設計簡(jiǎn)單易行：

設計中只要通過(guò)數字信號接口相互連接，并聯(lián)到2芯控制線(xiàn)上。所有分組和場(chǎng)景均可在安裝調試時(shí)通過(guò)計算機軟件編程，不僅節約了布線(xiàn)成本，對于設計修改、重新布局和分隔也只需更改軟件設置而不需重新布線(xiàn)，非常簡(jiǎn)單易行。

2、安裝簡(jiǎn)單經(jīng)濟：

DALI控制線(xiàn)對線(xiàn)材無(wú)特殊要求，安裝時(shí)也無(wú)極性要求，只要求主電源線(xiàn)與控制線(xiàn)隔離開(kāi)， 控制線(xiàn)無(wú)需屏蔽， 要注意的是當控制線(xiàn)上電流在250mA，線(xiàn)長(cháng)300米時(shí)壓降不超過(guò)2V?？刂凭€(xiàn)和電源線(xiàn)可并行，無(wú)需另外埋線(xiàn)。設計緊湊的控制組件無(wú)需專(zhuān)門(mén)的控制柜，因此安裝簡(jiǎn)便且經(jīng)濟。

3、操作簡(jiǎn)單方便：

DAL I 控制接口的PWM LED驅動(dòng)器可自動(dòng)處理燈絲預熱， 點(diǎn)燃，調光、開(kāi)關(guān)，故障檢測等功能，用戶(hù)界面是十分友好的，用戶(hù)無(wú)需對此理解很深就能操作控制，如發(fā)送一個(gè)改變現行場(chǎng)景的命令，各個(gè)相關(guān)的LED驅動(dòng)器根據現行亮度與場(chǎng)景要求亮度之差，各自計算調光速率以達到所有LED光源都同步調光到要求的場(chǎng)景亮度。

4、控制精確可靠：

DALI為數字信號，不同于模擬信號，1010的信號可以實(shí)現無(wú)擾動(dòng)控制，不會(huì )因長(cháng)距離壓降而使得控制信號失真，因此即使DALI數字信號控制線(xiàn)與強電線(xiàn)同走一條線(xiàn)管也不會(huì )受干擾。DALI信號是雙向傳輸，不但可前向傳輸控制命令，也會(huì )將LED驅動(dòng)器的狀態(tài)、故障信息、開(kāi)關(guān)，實(shí)際亮度值的信息反饋回系統。

5、應用范圍廣泛：

如今，DALI接口已不僅僅限用于熒光燈鎮流器調光，各種鹵鎢燈電子變壓器，氣體放電燈電子鎮流器，LED也采用了DALI接口調光；控制設備還包括：無(wú)線(xiàn)電接收器、繼電器開(kāi)關(guān)輸入接口。各種按鍵控制面板、包括LED顯示面板都已具有DALI接口，這將使DALI的應用越來(lái)越廣，控制器從最小的一間辦公室擴大到多間房間的辦公大樓，從單個(gè)商店擴大到星級酒店。

總結

雖然現階段的LED調光應用比較混亂，并且還有著(zhù)一些問(wèn)題和障礙，但無(wú)可否認LED調光的應用前景是光明的。只要我們保持著(zhù)嚴謹的態(tài)度，科學(xué)的方式及負責任的心態(tài)發(fā)展LED調光技術(shù),去推廣LED調光技術(shù),去用好LED調光技術(shù),那么LED調光產(chǎn)品帶給我們的好處，帶給照明行業(yè)的好處，帶給人類(lèi)的好處就在不遠的將來(lái)。