第二講：名家講解最新LED調光技術(shù)方案

中心議題：
最新LED調光技術(shù)方案探討
解決方案：
講解PWM調光技術(shù)方案
利用硅控調光方案
學(xué)習全系統智能LED照明平臺

調光對于光源來(lái)說(shuō)很重要，不僅是可以在家居中得到一個(gè)更舒適的環(huán)境，并可以進(jìn)一步實(shí)現節能減排，而且對于LED光源來(lái)說(shuō)，調光也是比其他熒光燈、節能燈、高壓鈉燈等更容易實(shí)現，LED能勝出的關(guān)鍵就在LED可以進(jìn)一步整合高功因，低電磁干擾的智能型節能調光方案。所以我們更應該在各種類(lèi)型的LED燈具中加上調光的功能。

傳統上調光技術(shù)可以分為：線(xiàn)性調光、PWM調光、可控硅調光和三基色調光。LED調光技術(shù)的運用不僅可以提高對比度，還可以減少耗電量。但不調光的LED燈具目前仍然有它自身的市場(chǎng)，這也是看消費者和市場(chǎng)需要而定的。至于那種調光技術(shù)將會(huì )是未來(lái)技術(shù)發(fā)展的趨勢，各個(gè)廠(chǎng)商和專(zhuān)家都有他們自身的看法。

應用于消費市場(chǎng)LED調光的最新驅動(dòng)器產(chǎn)品

（1）帶有功率因數校正、TRIAC和模擬調光能力的FL7730

LED照明已經(jīng)發(fā)展成為最有前景的解決方案，能夠替代如熒光燈和白熾燈等普通光源。然而，設計人員在最高20W的住宅和商業(yè)LED照明(包括燈泡、下射燈(GU10/E17, E26/27, PAR30/38)以及管/棒燈)應用方面面臨著(zhù)一些障礙。由于調光器兼容性的原因，在普通TRIAC調光器結構中實(shí)現LED調光能力會(huì )有相當的困難。此外，小空間尺寸仍然是一項考慮因素。

為幫助設計人員解決這些問(wèn)題，飛兆半導體公司開(kāi)發(fā)出帶有功率因數校正(PFC)、TRIAC和模擬調光能力的FL7730單級初級端調節(PSR)控制器。該款驅動(dòng)器采用獨特的模擬感測技術(shù)，可在從0至100%光輸出的整個(gè)范圍內實(shí)現無(wú)閃爍的TRIAC調光控制。FL7730調光電壓形成內部CS補償以降低調整輸出電流，調光能兼容市場(chǎng)80%以上調光器產(chǎn)品。

TRIAC調光應用線(xiàn)路板示意圖（FL7730）

FL7730作為可調光的驅動(dòng)器，它全面提高了系統效率，并可適用高壓或低壓線(xiàn)路輸入，在低壓輸入的情況下，功效高達83%，而在高壓輸入下，功效則可達到85%，為了提升功率因數和降低總諧波失真(THD)，這款器件具有恒定導通時(shí)間控制功能，帶有一個(gè)內部誤差放大器和低帶寬補償器。準確的恒流精度/控制(± 5%)可以精確地調節輸出電流，并且不受輸入和輸出電壓影響，使得設計人員能夠實(shí)現更高和更好的照明質(zhì)量。FL7730的工作頻率正比于輸出電壓，以保證實(shí)現具有最佳功率因數/THD的DCM運作以及更簡(jiǎn)單的設計。

另一方面，FL7730集成的保護功能提高了系統的可靠性，它具備開(kāi)路/短路LED保護、過(guò)熱關(guān)機、逐周期限流保護等特性；并具有更長(cháng)的系統平均壽命，其內部省去了輸入電解電容（因為電解電容的壽命是影響驅動(dòng)壽命的重要因素），而且也減少外部元件數目，降低成本。

（2）采用DSP內核并兼容110種不同的88EM8183 LED調光驅動(dòng)器

同樣，在LED照明市場(chǎng)的調光方面，Marvell最新推出的高度集成的88EM8183 LED驅動(dòng)器IC采用了獨特的混合信號架構和先進(jìn)的調光控制技術(shù)，提供高品質(zhì)光輸出且調光性能可與白熾燈媲美?？善交貙?shí)現低至1% LED電流的深度調光，相比之下，同類(lèi)LED驅動(dòng)器解決方案一般僅能實(shí)現10%至20%的調光。以這種幅度調光，人眼感覺(jué)不到光強有很大的變化，因此 88EM8183顯著(zhù)提高了性能。

所謂混合架構就是每個(gè)芯片里面都有DSP內核，可以固化算法。除了DSP內核，芯片內部還有一個(gè)OTP用以存儲少量參數值，可以根據不同需要，調整調光曲線(xiàn)。Lance 透露：“最初我們設計芯片的時(shí)候，是根據美國國家電氣制造商協(xié)會(huì )SSL 6（NEMA SSL 6）調光標準進(jìn)行的。在這個(gè)標準里面，對調光曲線(xiàn)沒(méi)有定義，但是定義了一個(gè)范圍，在這個(gè)范圍的中間有一條曲線(xiàn)，要求就是最好能做到和白熾燈曲線(xiàn)相吻合。我們采取的措施是在通過(guò)內置OTP以及外部DIM電阻結合，調整調光的線(xiàn)性度向白熾燈曲線(xiàn)靠近，這樣可以做到非常深度（低至1%），相比之下，同類(lèi)LED驅動(dòng)器解決方案一般僅能實(shí)現10%至20%的調光。所以說(shuō)這個(gè)曲線(xiàn)是相當不錯的。”

深度調光單級AC/DC LED驅動(dòng)器88EM8183

消費者用LED節能燈取代白熾燈等傳統照明解決方案的同時(shí)，也希望得到同樣或更好的照明體驗。不幸的是，他們常常發(fā)現LED燈在調光能力上有問(wèn)題，因此覺(jué)得LED燈幾乎不能調光或調光時(shí)會(huì )閃爍。很多LED燈與家中已安裝的壁式調光器也不兼容。Marvell最新的88EM8183深度調光單級交流/直流 LED驅動(dòng)器IC為OEM廠(chǎng)商和ODM廠(chǎng)商提供了兼容性最廣泛的調光解決方案，該IC與全球市場(chǎng)上絕大多數調光器都兼容，而且提供卓越的光輸出質(zhì)量，可提高消費者的滿(mǎn)意度，減少退貨。

據悉，為了確保88EM8183 IC的調光兼容性，Marvell工程師與照明控制行業(yè)的領(lǐng)導者Lutron公司緊密合作，測試了Lutron提供的各種調光器，其中包括C•L系列調光器，該系列調光器可同時(shí)用于LED和傳統照明燈。

最新LED調光技術(shù)方案對比分析

一般照明按其定義，只需要調變其明暗，而非色溫。而且照明強度應該是緩慢的變化，無(wú)視覺(jué)的閃爍。一般照明控制是配合公眾需求（類(lèi)似空調），不是滿(mǎn)足個(gè)人喜好而任意控制，空調與照明是最大的耗電項目，兩者的電控都需要考慮舒適與節能的平衡、穩定性、與均勻性。

PWM調光是否為最為完美的調光方案呢？

LED是一個(gè)二極管，它可以實(shí)現快速開(kāi)關(guān)。它的開(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。下圖表示這種脈寬調制的波形。假如脈沖的周期為tpwm，脈沖寬度為 ton，那么其工作比D（或稱(chēng)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。

曾有人說(shuō)LED調光最好是采用PWM調光，采用PWM調光時(shí)，可以在墻上開(kāi)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(lái)控制PWM的 工作比從而實(shí)現調光。但是如果還要開(kāi)關(guān)燈的亮滅，那么就需要再加一對線(xiàn)。所以無(wú)法兼容原來(lái)墻里的的可控硅開(kāi)關(guān)的引線(xiàn)。原來(lái)的可控硅開(kāi)關(guān)的引線(xiàn)只有2根，就 可以又能調光又能開(kāi)關(guān)。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是很難兼容的。不過(guò)實(shí)際上真正最常用的調光燈具是臺燈或立燈，那些調光開(kāi)關(guān)都是安裝在電源線(xiàn)上而不是墻里，那也就無(wú)所謂要 利用墻里的兩根引線(xiàn)了。也就是說(shuō)，PWM調光是可以直接應用于調光型臺燈的。

如何實(shí)現PWM調光？

具體實(shí)現PWM調光的方法就是在LED的負載中串入一個(gè)MOS開(kāi)關(guān)管（下圖），這串LED的陽(yáng)極用一個(gè)恒流源供電。

用PWM信號快速通斷LED串

然后用一個(gè)PWM信號加到MOS管的柵極，以快速地開(kāi)關(guān)這串LED。從而實(shí)現調光。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，再輸出控制MOS開(kāi)關(guān)管。

通嘉科技最近推出的幾款LED驅動(dòng)器產(chǎn)品就是利用PWM調光技術(shù)的。如LD7820和LD7921/22驅動(dòng)器。

針對LED照明應用，通嘉推出一款LD7820驅動(dòng)器，采用PWM調光，提供定電流控制機制，特別適用于E27/E17此類(lèi)精巧的球泡燈，電路精簡(jiǎn)及隔離式架構，能協(xié)助設計者開(kāi)發(fā)出符合安全規范的產(chǎn)品，電流精確度達±5%，為同質(zhì)產(chǎn)品中的佼佼者。

采用PWM調光技術(shù)的LE7820驅動(dòng)電路

新綠科技針對智能型照明調光方案的新探索

在LED照明調光方案上面，新綠科技總經(jīng)理劉光華分別舉出了智能型照明調光的各類(lèi)方案：

新綠科技首先提出兩種比較先進(jìn)的調光方式，紅外線(xiàn)遙控器調光和無(wú)線(xiàn)電波遙控器調光。紅外線(xiàn)遙控器調光技術(shù)成熟比較成熟，而且紅外接收器不容易受到干擾。但它的缺點(diǎn)就是只能操作到75℃，而且還需要加一MCU 譯碼器，還需要備用電源，所以成本較高。同樣，無(wú)線(xiàn)電波遙控器調光的優(yōu)點(diǎn)是傳輸角度很廣，傳輸距離也較遠。但它的缺點(diǎn)是接收器容易受到電源模塊的干擾也需要備用電源。采用這兩款遙控器對LED實(shí)現調光，這當然是比較理想的解決方案，可以實(shí)現開(kāi)關(guān)燈和用PWM連續調光，但因為它們都因為生產(chǎn)成本較高，沒(méi)有統一規格，只能用于高檔住宅。

新綠科技同樣提出了硅控調光，采用可控硅就是對交流電的正弦波加以切割而達到改變其有效值的目的?？煽毓杵茐牧苏也ǖ牟ㄐ?，從而降低了功率因素值，通常PF低于0.5，而且導通角越小時(shí)功率因素越差（1/4亮度時(shí)只有0.25）；同樣，非正弦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）。

可控硅調光雖然有那么多的缺點(diǎn)和問(wèn)題，但是，它卻有著(zhù)一定的的優(yōu)勢，那就是它已經(jīng)和白熾燈鹵素燈結成了聯(lián)盟，占據了很大的調光市場(chǎng)。如果LED想要取代可控硅調光的白熾燈和鹵素燈燈具的位置，就也要和可控硅調光兼容。

最后，新綠科技提出了觸控調光，臺灣有一家公司推出了一種稱(chēng)之為EZ-Dimming的GM6182的四段開(kāi)關(guān)調光不失為一種好方案。它只利用墻上的普通電燈開(kāi)關(guān)就能實(shí)現4段 調光，第一次開(kāi)為全亮，第二次開(kāi)為60%亮度，第三次開(kāi)為40%亮度，第四次開(kāi)為20%亮度。這種系統的優(yōu)點(diǎn)是可以利用普通的墻上開(kāi)關(guān)實(shí)現調光。而且其功率因素高達0.92以上。沒(méi)有產(chǎn)生干擾信號之慮。缺點(diǎn)是無(wú)法連續調光。還有操作麻煩一些。

新綠科技總經(jīng)理劉光華最后指出，不管市場(chǎng)上還有那些智能型調光方案出臺，根據需求與時(shí)空環(huán)境，自動(dòng)或半自動(dòng)調整照明燈具的流明輸出，這就是每一類(lèi)智能型調光方案需要實(shí)現的功能。

Marvell綠色節能方案的全系統智能LED照明平臺

面對著(zhù)如此眾多的智能型調光方案和產(chǎn)品，一些公司為了提高自身在LED照明市場(chǎng)的競爭力，綠色節能調光理念和方案也相應順勢而出。Marvell新型智能LED照明平臺體現了Marvell對綠色照明應用的前瞻性眼光，它的目標是為OEM提供一個(gè)完整的軟硬件解決方案，使得他們可以用更少的時(shí)間和更低的成本來(lái)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品并投入市場(chǎng)。同時(shí)，該平臺是一個(gè)綠色節能方案，它包含了基于Marvell的創(chuàng )新LED驅動(dòng)芯片的發(fā)光二級管 （LED）照明組件以及ZigBee網(wǎng)絡(luò )、ZigBee/WiFi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)以及智能照明軟件。這些組件共同提升系統能效，并保證高質(zhì)量LED照明以促進(jìn)環(huán)保和便捷的生活方式。

Marvell智能 LED照明管理平臺提供了完全集成的LED照明和無(wú)線(xiàn)控制系統，因此不論是易用性的提升還是安裝成本的降低都趨向于極致，大大簡(jiǎn)化了使用和維護難度，使得 非專(zhuān)業(yè)人員也能輕松應對。該平臺的一大特色是允許終端用戶(hù)可以使用智能手機和平板電腦方案，使他們可以方便地從任何地方管理、分析并維護一個(gè)更具性?xún)r(jià)比的數字照明方案。這種智能LED照明平臺可以顯著(zhù)地節約商業(yè)和住宅用電。并且隨著(zhù)新的LED照明應用的推出，用戶(hù)還可以添加更多安全功能以及增強遠程管理的體驗，如高質(zhì)量的照明調整、氣氛和現場(chǎng)的控制等。