深入剖析:LED調光的實(shí)現探

LED的調光可以進(jìn)一步提高LED的節能效果，而LED的可控硅調光具有易于實(shí)現和使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，下面介紹LED可控硅調光控制的工作原理、特點(diǎn)和應用時(shí)需注意的有關(guān)問(wèn)題。

1、LED市場(chǎng)與技術(shù)進(jìn)展

由于白熾燈的發(fā)光效率低，所以世界各國政府紛紛制定了如圖1所示淘汰白熾燈的時(shí)刻表，而LED的發(fā)光效率高和工作壽命長(cháng)的一系列優(yōu)點(diǎn)使LED照明得到了廣泛的應用，LED的性能和發(fā)光效率不斷提升，LED有關(guān)技術(shù)指標進(jìn)展預測如表1所示。

圖1 世界各國淘汰白熾燈的時(shí)刻表

2 照明調光

調光具有節能的優(yōu)點(diǎn)，照明調光在應用中有很好的市場(chǎng)，相對白熾燈/氣體放電燈，LED的調光節能效果更明顯。白熾燈/氣體放電燈調光工作時(shí)燈的工作效率有明顯下降，而LED調光的發(fā)光效率會(huì )提高，這主要是由于在低發(fā)光亮度時(shí)通過(guò)LED的正向電流較小，在有關(guān)回路電阻成份上的損耗降低的原因。照明調光不僅節能，照明調光還可以改變空間視覺(jué)效果，從而影響人的行為模式。

但是，LED調光電路的設計對LED調光的性能發(fā)揮有很重要的影響。高性能調光器受到用戶(hù)的歡迎，下面討論LED可控硅調光的有關(guān)問(wèn)題。

2.1 LED調光

LED由于具體很好的演色性、發(fā)光效率、體積小、低工作電壓和工作壽命長(cháng)的一系列優(yōu)點(diǎn)得到了很好的應用，然而，調光控制標準化對LED調光應用的推廣很重要。由于白熾燈的可控硅調光得到了很好的應用，LED調光應和可控硅調光能很好地配合使用，以利用現有的白熾燈可控硅調光器。

LED用于替代通用白熾燈照明，LED調光和LED的發(fā)光顏色、LED的光輸出、LED的發(fā)光效率(調光曲線(xiàn))等因素有關(guān);有關(guān)調光控制方法(例如 0-10V，DALI等有關(guān)控制協(xié)議)、散熱管理、驅動(dòng)方案、拓撲架構和已有的基礎設施等因素對LED調光的工作狀態(tài)和調光控制性能有很大的影響。

2.2 LED調光性能

由于人們用慣了白熾燈可控硅調光器，所以L(fǎng)ED調光器應能兼容可控硅調光器，并應考慮以下技術(shù)指標：

(1)調光范圍

調光范圍常用最大亮度值的百分比表示，例如X%—XX%。在實(shí)用中，隨著(zhù)

燈發(fā)光亮度的降低人眼瞳孔會(huì )放大，這樣人眼接收的光線(xiàn)并不很快隨燈發(fā)光亮度的降低而降低，如表示為最大發(fā)光亮度級的百分數，則人眼接收的光是測得光百分數的均方根值。例如，測得調光電平為最大發(fā)光值的10%，則人眼接收的光為

的最大發(fā)光值，即所謂的心理物理學(xué)定律。

(2)在整個(gè)調光范圍應平滑調光變化。

(3)燈在最低調光電平時(shí)啟動(dòng)燈發(fā)光應很快達到預定的發(fā)光值。

(4)達到預定的調光電平后LED燈發(fā)光應穩定，不應有發(fā)光閃爍現象。

(5)在整個(gè)調光范圍內，LED燈、LED驅動(dòng)電源和調光控制器不應有可聞噪聲。

(6)運動(dòng)控制/有無(wú)人檢測/光電檢測等部件能控制LED燈的工作。

2.3 工作可靠性

調光對大部分光源而言，可以延長(cháng)其使用壽命，因為在低發(fā)光亮度下燈的功耗和發(fā)熱降低了，有利于提高光源的使用壽命。

溫度對電子元器件的壽命有重要的影響，低溫對延長(cháng)電子元器件的壽命有幫助，LED燈為燈和電子元器件的一體的燈，所以整體燈的壽命受壽命最短的電子元器件的壽命制約，調光有利于降低LED燈的溫度，有利于LED燈的光通量維持率和延長(cháng)LED燈的使用壽命。

3 相控調光

相控調光最早用于白熾燈調光，相控調光的主要優(yōu)點(diǎn)是使用、安裝方便。LED相控調光的頻率應不低于100Hz，以避免人眼感到發(fā)光閃爍，相控導通角越大則LED的發(fā)光亮度越大，相控半導體器件可用可控硅、場(chǎng)效應晶體管或有關(guān)半導體器件。

由于現有的調光器被設計用于白熾燈(近似電阻負載，功率大多在20W和50W之間)，因此需要一些額外的電路才能允許它們用于LED照明系統。目前，市場(chǎng)上還沒(méi)有白熾燈調光器標準，因此目前市場(chǎng)上有大量不同性能和參數值的調光器。

3.1 前沿相控調光

前沿相控調光(前相調光)由于電路實(shí)現簡(jiǎn)單所以得到了廣泛的應用，開(kāi)關(guān)器件常用可控硅，通過(guò)控制可控硅的導通角來(lái)控制輸出的交流電有效值，從而達到調光控制，典型可控硅前沿相控調光電路原理圖如圖2所示。在圖2中，可調電阻VR4和電容C23構成移相電路。當C23兩端的電壓達到或超過(guò)DIAC(DB3) 的擊穿電壓時(shí)，C23電荷通過(guò)DB3部分注入雙向可控硅T2，雙向可控硅T2被觸發(fā)導通。

雙向可控硅T2的最低門(mén)觸發(fā)電流(IGT)使雙向晶閘管導通。它還要求有一個(gè)最低的維持電流來(lái)維持雙向可控硅的導通，當電流低于維持電流時(shí)，雙向可控硅T2被關(guān)閉?？煽毓枨把叵嗫卣{光調光波形圖如圖3所示，前沿相控調光常用于白熾燈和鹵鎢燈調光的應用場(chǎng)合，由于在低調光亮度時(shí)通過(guò)可控硅的電流減小，如調光亮度很低，通過(guò)可控硅的電流低于可控硅的維持導通電流時(shí)就不能再調光，否則可控硅關(guān)斷，這對低調光亮度LED調光可能是個(gè)問(wèn)題。

相控后沿和前沿調光器特點(diǎn)如表2所示。

4 評價(jià)可控硅相控LED可調光系統時(shí)需注意的有關(guān)問(wèn)題

常見(jiàn)評價(jià)可控硅相控LED可調光系統時(shí)需注意的有關(guān)問(wèn)題如下。

4.1 100%光輸出

當調光器調至100%位置時(shí)和不可調光輸出時(shí)光輸出衰減了多少?

4.2 最大調光級

4.2 最大調光級

可調光LED照明系統的最大調光級是多少?4.3 調光器的物理調節范圍和光輸出特性

(1)調光器的物理調節范圍是多少?相應LED的調光范圍是多少?

(2)在關(guān)斷調光器前，在低光輸出調節區間的調光光輸出不變的物理調節范圍是多少?

(3)調光器的物理調節位置、光輸出和加到LED燈負載上的電壓有效值(相位角、導通時(shí)間、占空比等)是否有關(guān)系?

4.4 調光器可調光的LED數量范圍/最低負載

(1)調光器可正常調光的LED負載數量范圍是多少?

(2)白熾燈可控硅調光器可帶的最小負載和可控硅的維持電流有關(guān)，在最低LED調光亮度時(shí)LED的最小工作電流能否滿(mǎn)足可控硅的維持電流要求?

4.5 浪涌電流

對白熾燈可控硅調光而言，它的浪涌輸入電流和白熾燈燈絲的冷電阻有關(guān)，對LED調光負載時(shí)這個(gè)浪涌輸入電流值要比白熾燈可控硅調光要小，以確?？煽毓枵{光電路可靠工作。

4.6 重復峰值電壓

可控硅的耐壓值有限，使用時(shí)應確保LED應用時(shí)的重復峰值電壓低于白熾燈可控硅調光器的重復峰值電壓，以確?？煽毓枵{光電路可靠工作。

4.7 最小調光范圍

在可控硅調光器的最低調光位置LED是否還導通。

4.8 LED不發(fā)光的調光位置

在實(shí)用中，在可控硅調光器由最大到最小或由最小到最大調光時(shí)有可能在調光器的中間某個(gè)位置LED不工作，這個(gè)LED可控硅調光器是否有這種現象?

4.9 導通延遲時(shí)間

(1)LED可控硅調光器的最大導通延遲時(shí)間是多少?

(2)LED可控硅調光器的導通延遲在調光器的什么位置出現?

(3)導通延遲和調光級是否有關(guān)?

(4)當不同的LED產(chǎn)品接至LED可控硅調光器時(shí)這個(gè)導通延遲時(shí)間是否變化?調光時(shí)是否會(huì )產(chǎn)生調光“爆米花”效應(調光光輸出閃動(dòng))?

4.10 調光閃爍

在LED可控硅調光器調光時(shí)是否有調光閃爍?在LED可控硅調光器調光時(shí)是否有頻閃效應?

4.11 變色

在LED可控硅調光器調光時(shí)是否有LED發(fā)光顏色改變?如有顏色變化如何?

4.12 可聞噪聲

LED可控硅調光器調光時(shí)是否有可聞噪聲?LED可控硅調光器調光時(shí)可聞噪聲的出現是否和某些因素有關(guān)(例如，LED可控硅調光器帶的LED燈的數量和LED可控硅調光器調光位置等因素有關(guān))?

5 小結

由于可控硅調光易于使用，符合人們的使用習慣，所以推廣LED可控硅調光有很好的市場(chǎng)前景。但是，在LED調光的應用場(chǎng)合，可控硅調光在電路的功率因數、調光閃爍等調光性能和造價(jià)等方面還需進(jìn)一步做出努力，以擴大可控硅調光在LED照明調光的應用范圍。