LED照明可控硅調(diào)光
來源: 遠(yuǎn)洋
時間:2012-09-26
普通的白熾燈和鹵素?zé)敉ǔ２捎每煽毓鑱碚{(diào)光。因為白熾燈和鹵素?zé)羰且粋€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(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。
然而可控硅調(diào)光對LED照明光源的調(diào)節(jié)會產(chǎn)生意想不到的問題，那就是輸入端的LC濾波器會使可控硅產(chǎn)生振蕩，這種振蕩對于白熾燈是無所謂的，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照明的驅(qū)動電源就會產(chǎn)生音頻噪聲和閃爍。另外可控硅調(diào)光會破壞正弦波的波形，從而降低了其功率因素值(通常低于0.5)，因此可控硅調(diào)光大大降低了LED照明的系統(tǒng)效率。而且可控硅調(diào)光的波形加大了諧波系數(shù)，非正弦的波形會在線路上產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾信號(EMI)污染電網(wǎng)，嚴(yán)重的會使電網(wǎng)癱瘓。
讀到此處，你可能會問：“降低電壓或電流及可控硅調(diào)光方式都不適合LED照明光源調(diào)光，那么什么方式才是最合適的呢?”。
模擬調(diào)光面臨著一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，這就是輸出電流精度。幾乎每個LED照明驅(qū)動都要用到某種串聯(lián)電阻來辨別電流，而模擬(1-10V)調(diào)光驅(qū)動中的容差、偏移和延遲導(dǎo)致了一個相對固定的誤差, 這樣就會反過來降低輸出電流的精度，最終輸出電流無法指定、控制或保證。因此保證LED光源的調(diào)光效果，其中重要的一點是在一個閉環(huán)系統(tǒng)中降低輸出電流誤差，提高電流精確度。
PWM(脈寬調(diào)制)調(diào)光方式可以很好的解決以上問題，因為LED照明是一個二極管，它可以實現(xiàn)快速開關(guān)，它可允許的開關(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。這種調(diào)光方式就像一個以高達(dá)微秒以上開關(guān)的水閘，由于該水閘開關(guān)頻率很快，快到我們無法用肉眼識別其開關(guān)的狀態(tài)，其結(jié)果是我們只能夠通下游水量的多少，才能識別其開關(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(dá)微秒以上開關(guān)動作不會影響水力發(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，以此類推PWM(脈寬調(diào)制)調(diào)光方式不改變輸入LEDPN結(jié)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，LEDPWM(脈寬調(diào)制)調(diào)光方式還有以下的優(yōu)點：
1、不會產(chǎn)生任何LED色譜偏移，因為LED始終工作在滿幅度電流和0之間。
2、有極高的調(diào)光精確度，因為脈沖波形完全可以控制到很高的精度，所以很容易實現(xiàn)萬分之一的精度。
3、即使在很大范圍內(nèi)調(diào)光，也不會發(fā)生閃爍現(xiàn)象。因為不會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。
4、可以和數(shù)字(DALI/DSI/DMX 512)控制技術(shù)相結(jié)合來進(jìn)行控制，因為數(shù)字控制信號很容易變換成為一個PWM信號。
雖然LED PWM(脈寬調(diào)制)調(diào)光方式有很多優(yōu)點，但是需要注意以下兩個問題：
1、脈沖頻率的選擇，因為LED照明是處于快速開關(guān)狀態(tài)，假如工作頻率很低，人眼就會感到閃爍。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。這時候就有可能會聽到絲絲的聲音。解決這個問題有兩種方法，一是把開關(guān)頻率提高到20kHz以上，跳出人耳聽覺的范圍。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照明可調(diào)光電源，驅(qū)動器及數(shù)字控制系統(tǒng)的廠家已經(jīng)很好得解決了上述問題，如銳高(Tridonic)公司的LED照明可調(diào)光電源及驅(qū)動器都采用PWM(脈寬調(diào)制)調(diào)光技術(shù)，其控制信號均采用DALI(數(shù)字可尋址的照明接口)技術(shù),并結(jié)合數(shù)字照明控制系統(tǒng)，實現(xiàn)全數(shù)字化的LED控制產(chǎn)品線。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)可以實現(xiàn)在同一LED光源內(nèi)顏色及色溫的變化，同時可以通過軟件選定固定的色溫(例如：2700K-6200K)或顏色并進(jìn)行調(diào)光控制，目前LED應(yīng)用數(shù)字調(diào)光技術(shù)的最高境界。
然而可控硅調(diào)光對LED照明光源的調(diào)節(jié)會產(chǎn)生意想不到的問題，那就是輸入端的LC濾波器會使可控硅產(chǎn)生振蕩，這種振蕩對于白熾燈是無所謂的，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照明的驅(qū)動電源就會產(chǎn)生音頻噪聲和閃爍。另外可控硅調(diào)光會破壞正弦波的波形，從而降低了其功率因素值(通常低于0.5)，因此可控硅調(diào)光大大降低了LED照明的系統(tǒng)效率。而且可控硅調(diào)光的波形加大了諧波系數(shù)，非正弦的波形會在線路上產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾信號(EMI)污染電網(wǎng)，嚴(yán)重的會使電網(wǎng)癱瘓。
讀到此處，你可能會問：“降低電壓或電流及可控硅調(diào)光方式都不適合LED照明光源調(diào)光，那么什么方式才是最合適的呢?”。
模擬調(diào)光面臨著一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，這就是輸出電流精度。幾乎每個LED照明驅(qū)動都要用到某種串聯(lián)電阻來辨別電流，而模擬(1-10V)調(diào)光驅(qū)動中的容差、偏移和延遲導(dǎo)致了一個相對固定的誤差, 這樣就會反過來降低輸出電流的精度，最終輸出電流無法指定、控制或保證。因此保證LED光源的調(diào)光效果，其中重要的一點是在一個閉環(huán)系統(tǒng)中降低輸出電流誤差，提高電流精確度。
PWM(脈寬調(diào)制)調(diào)光方式可以很好的解決以上問題，因為LED照明是一個二極管，它可以實現(xiàn)快速開關(guān)，它可允許的開關(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。這種調(diào)光方式就像一個以高達(dá)微秒以上開關(guān)的水閘，由于該水閘開關(guān)頻率很快，快到我們無法用肉眼識別其開關(guān)的狀態(tài)，其結(jié)果是我們只能夠通下游水量的多少，才能識別其開關(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(dá)微秒以上開關(guān)動作不會影響水力發(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，以此類推PWM(脈寬調(diào)制)調(diào)光方式不改變輸入LEDPN結(jié)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，LEDPWM(脈寬調(diào)制)調(diào)光方式還有以下的優(yōu)點：
1、不會產(chǎn)生任何LED色譜偏移，因為LED始終工作在滿幅度電流和0之間。
2、有極高的調(diào)光精確度，因為脈沖波形完全可以控制到很高的精度，所以很容易實現(xiàn)萬分之一的精度。
3、即使在很大范圍內(nèi)調(diào)光，也不會發(fā)生閃爍現(xiàn)象。因為不會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。
4、可以和數(shù)字(DALI/DSI/DMX 512)控制技術(shù)相結(jié)合來進(jìn)行控制，因為數(shù)字控制信號很容易變換成為一個PWM信號。
雖然LED PWM(脈寬調(diào)制)調(diào)光方式有很多優(yōu)點，但是需要注意以下兩個問題：
1、脈沖頻率的選擇，因為LED照明是處于快速開關(guān)狀態(tài)，假如工作頻率很低，人眼就會感到閃爍。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。這時候就有可能會聽到絲絲的聲音。解決這個問題有兩種方法，一是把開關(guān)頻率提高到20kHz以上，跳出人耳聽覺的范圍。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照明可調(diào)光電源，驅(qū)動器及數(shù)字控制系統(tǒng)的廠家已經(jīng)很好得解決了上述問題，如銳高(Tridonic)公司的LED照明可調(diào)光電源及驅(qū)動器都采用PWM(脈寬調(diào)制)調(diào)光技術(shù)，其控制信號均采用DALI(數(shù)字可尋址的照明接口)技術(shù),并結(jié)合數(shù)字照明控制系統(tǒng)，實現(xiàn)全數(shù)字化的LED控制產(chǎn)品線。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)可以實現(xiàn)在同一LED光源內(nèi)顏色及色溫的變化，同時可以通過軟件選定固定的色溫(例如：2700K-6200K)或顏色并進(jìn)行調(diào)光控制，目前LED應(yīng)用數(shù)字調(diào)光技術(shù)的最高境界。