關(guān)于LED調光技術(shù)的透徹分析

LED照明產(chǎn)品在替代通用白熾燈、節能燈照明的同時(shí)，除了可調光外，LED燈的發(fā)光顏色、光輸出、發(fā)光效率等相關(guān)指標，與LED驅動(dòng)的調光控制方案(例如0-10V，DALI等有關(guān)控制協(xié)議)、拓撲結構、散熱系統、驅動(dòng)方案以及現有的一些基礎設施有很大關(guān)聯(lián)，這些都影響到LED調光過(guò)程中的工作狀態(tài)和調光控制性能。

目前關(guān)于LED調光方面有如下幾種技術(shù)：

1、用調正向電流的方法來(lái)調亮度

LED調光顧名思義，可以理解為調整LED的亮度，調整LED的亮度，最簡(jiǎn)單的一個(gè)措施就是改變它的工作電流。因為根據LED的特性，其亮度與它的工作電流基本上成正比關(guān)系。圖1中顯示的是美國知名芯片公司Cree公司的一款大功率LED芯片XlampXP-G的輸出相對光強和正向電流的關(guān)系。

圖1 XLampXP-G的輸出相對光強和正向電流的關(guān)系

由上圖可知，在LED光輸出100%的時(shí)候，其工作電流為350mA，那么當其工作電流降低到200mA時(shí)，其光輸出就大約是60%，當其工作電流降低到100mA時(shí)，光輸出降低到大約25%。因此改變LED的正向電流大小可以很容易的實(shí)現亮度的調節。

1.1調節正向電流的方法

分析目前LED供電系統電路的拓撲結構，基本上所有的LED驅動(dòng)芯片都有一個(gè)接口用來(lái)檢測電流，這個(gè)接口的工作原理是通過(guò)檢測到輸出的電流檢測電阻上的電壓來(lái)和芯片內部的參考電壓比較，從而達到控制輸出電流恒定的目的。這也是說(shuō)調節LED的電流，最簡(jiǎn)單的方法就是改變和LED負載串聯(lián)的電流檢測電阻(圖2a)，就可以達到調光的目的。然后根據由于考慮系統整體效率的因素，這個(gè)檢測電阻的值通常很小，往往只有幾歐甚至只有零點(diǎn)幾歐，通過(guò)在墻壁上安裝一個(gè)幾歐甚至零點(diǎn)幾歐的電位器來(lái)調節電流是不太現實(shí)的一種做法，因為連接LED燈和電位器之間的引線(xiàn)電阻也會(huì )有零點(diǎn)幾歐了。

此外，有些芯片因此提供了一個(gè)控制電壓的接口，改變輸入的控制電壓就可以改變其輸出恒流值。例如凌特公司的LT3478(圖2b)只要改變R1和R2的比值，從而改變其芯片內部的基準電壓，也可以改變其輸出的恒流值。然而這種做法因其電路連接方式的特殊性，很難大范圍應用到實(shí)際照明應用系統中。

圖2 輸出恒流值的調節

2、采用脈寬調制(PWM)來(lái)調光

不同于傳統白熾燈等類(lèi)似線(xiàn)性阻抗光源，LED燈是一個(gè)可以實(shí)現快速開(kāi)關(guān)的二極管，其開(kāi)關(guān)速度基本上在us以上。這是其他傳統光源的發(fā)光器件根本無(wú)法比擬的。因此針對于此，如果把驅動(dòng)電源改成脈沖恒流源，通過(guò)改變脈沖寬度的方法，就可以改變其亮度。這種方法被稱(chēng)為脈寬調制調光法，也就是PWM調光。如下圖3所示為這種PWM脈寬調制的波形。

圖3 用改變脈沖寬度的方法來(lái)改變LED的亮度

為實(shí)現PWM調光，經(jīng)過(guò)研究實(shí)驗，通常的做法是在LED的負載中串入一個(gè)MOS開(kāi)關(guān)管，LED的供電是用一個(gè)恒流源供電。

圖4 用PWM信號快速通斷LED串

當需要實(shí)現調光功能時(shí)，芯片內部發(fā)出一個(gè)PWM信號加到MOS管的柵極，從而能夠快速的開(kāi)關(guān)串聯(lián)的LED，以達到實(shí)現調光的目的。隨著(zhù)市場(chǎng)應用的不斷成熟，很多公司在開(kāi)發(fā)這些類(lèi)似的恒流芯片時(shí)，都會(huì )在芯片上附加一個(gè)PWM的接口，可以直接接受外部提供的PWM信號，以此來(lái)控制輸出MOS開(kāi)關(guān)管。

3、采用交流電源的LED調光

分析傳統白熾燈、鹵素燈等調光系統，因為與LED燈相比，白熾燈和鹵素燈是純阻性器件，這也就意味著(zhù)它的電流波形和電壓波形永遠是一樣的，當采用可控硅來(lái)調光時(shí)，輸入電壓波形因可控硅導通角度變化而偏離正弦波，也就是改變輸入電壓的有效值，就可以實(shí)現調光的目的。

其電原理圖如圖5所示。虛線(xiàn)部分就是安裝在墻上的可控硅調光開(kāi)關(guān)。a-b之間的電阻就是白熾燈負載。所以可控硅開(kāi)關(guān)直接與負載是串聯(lián)的。

圖5 可控硅調光的電路圖和波形圖

可控硅電位器中帶一個(gè)開(kāi)關(guān)，接在n的輸入端，用于控制燈的開(kāi)關(guān)?？煽毓鑼ㄟ^(guò)程中，改變其內部可調電阻的分壓比，改變其導通角，就可以改變其輸出電壓有效值，從而實(shí)現調光功能。除了可控硅以外，還有晶體管前沿、后沿調光技術(shù)等，基本原理都差不多。

小結

照明市場(chǎng)發(fā)展到現在，伴隨著(zhù)人們節能意識的不斷加強，加上市場(chǎng)的需求，人們對整個(gè)照明系統的功能化越來(lái)越多，其中照明調光顯得尤為明顯。調光具有節能的有點(diǎn)，人們可以根據實(shí)際的亮度需求，通過(guò)相關(guān)的控制，即可獲取其想要的亮度。相對于傳統照明燈具如白熾燈、節能燈等，LED照明產(chǎn)品的調光節能效果更為明顯。白熾燈、節能燈在調光的過(guò)程中其工作效率發(fā)生明顯的下降現象，而LED燈恰恰相反，在調光過(guò)程中其發(fā)光效率反而會(huì )提高，這主要是因為在調光過(guò)程中，當LED燈在低發(fā)光亮度時(shí)，通過(guò)LED的正向電流變小，系統供電電路中相關(guān)回路上電阻成份上的損耗降低了，相應的系統的效率就提高了。因此針對LED的調光技術(shù)的研究，還需要我們做更多的研究和分析。