什么是智能照明調(diào)光 它功能及特點(diǎn)

　　調(diào)光是LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展的一大方向，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上有可控硅和PWM兩種調(diào)光方式?？煽毓柙谔鎿Q方案中頗具優(yōu)勢(shì)，而PWM更符合人們對(duì)LED調(diào)光精度、效率以及效果的要求。基于原理的不同，二者有著不同的設(shè)計(jì)考量。

　　LED應(yīng)用市場(chǎng)正處于快速發(fā)展期。高品質(zhì)體驗(yàn)帶來(lái)的用戶(hù)認(rèn)可以及政府政策的推動(dòng)，已經(jīng)使得越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注LED產(chǎn)業(yè)。由于該產(chǎn)業(yè)上游的晶片、封裝等環(huán)節(jié)較為高端，且受到設(shè)備和原材料的制約，許多廠商選擇從LED驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)切入，尤其是之前從事開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的廠商，幾乎全體轉(zhuǎn)入了LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。調(diào)研機(jī)構(gòu)iSuppli預(yù)計(jì)，2009~2013年間，中國(guó)LED驅(qū)動(dòng)器將以4.4%的年復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，其中2010年年增長(zhǎng)率達(dá)9.6%，規(guī)模達(dá)1.277億美元，預(yù)計(jì)2013年中國(guó)LED市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1.39億美元。

　　就LED照明驅(qū)動(dòng)技術(shù)而言，電源部分多延用了原來(lái)的開(kāi)關(guān)電源技術(shù)?！笆忻嫔系腖ED驅(qū)動(dòng)基本上就是之前已經(jīng)成熟應(yīng)用的開(kāi)關(guān)電源。如果是基于電壓控制的IC，最多再加一個(gè)恒流的外圍電路而已?！鄙钲陂L(zhǎng)運(yùn)通光電技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)總監(jiān)文茂強(qiáng)坦言道。所以，就LED驅(qū)動(dòng)電源部分來(lái)說(shuō)，各個(gè)公司的產(chǎn)品由于基于成熟的開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，差異并不大，要想突圍而出就需要在驅(qū)動(dòng)控制環(huán)節(jié)上多下功夫，其中調(diào)光技術(shù)作為L(zhǎng)ED照明驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)中最有發(fā)展前景的技術(shù)而被普遍看好?！罢{(diào)光是LED照明驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)?！?

　　一、三大調(diào)光技術(shù)比較

　　“調(diào)光的需求分為三類(lèi)：一是功能型調(diào)節(jié)光線的需要，如進(jìn)門(mén)的玄關(guān)、會(huì)議室等；二是家居生活中舒適性和生活格調(diào)的體現(xiàn)，燈光的明暗搭配既可以根據(jù)環(huán)境的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可以起到烘托氛圍的作用；三是環(huán)保節(jié)能的需要，同時(shí)也是能源之星提出的最新的需求?！本чT(mén)科技高級(jí)設(shè)計(jì)工程師潘俊解釋道。他認(rèn)為，驅(qū)使調(diào)光技術(shù)成為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向的主要原因是節(jié)能。節(jié)能是LED最突出的優(yōu)點(diǎn)之一，也是政府發(fā)布政策推動(dòng)該技術(shù)應(yīng)用的重要依據(jù)。在普通照明中，如果引入調(diào)光技術(shù)，可以更大地發(fā)揮LED照明的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，如圖2所示，白色的曲線是室外環(huán)境光的亮度，黑色曲線是室內(nèi)燈光的亮度。“根據(jù)室外的光線調(diào)節(jié)室內(nèi)的光線，可以節(jié)省約80%的能源?！?

　　目前市面上LED調(diào)光的方式主要有三種：一是線性調(diào)光，二是可控硅調(diào)光，三是PWM調(diào)光。三種調(diào)光技術(shù)各有優(yōu)劣。

　　1、線性調(diào)光主要基于簡(jiǎn)單的分壓原理，其優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用簡(jiǎn)單，不產(chǎn)生干擾，缺點(diǎn)在于不靈活、效率低下，而且在降低LED電流的時(shí)候，會(huì)引起白光LED向黃色光譜偏移，同時(shí)還會(huì)因?yàn)榉謮寒a(chǎn)生過(guò)多的熱量。

　　2、可控硅調(diào)光是目前在白熾燈和節(jié)能燈應(yīng)用中被普遍采用的一種調(diào)光方式。它的工作原理是將輸入電壓的波形通過(guò)導(dǎo)通角切波之后，產(chǎn)生一個(gè)切向的輸出電壓波形。應(yīng)用切向的原理，可減少輸出電壓的有效值，以此來(lái)降低普通負(fù)載(電阻負(fù)載)的功率?？煽毓枵{(diào)光的優(yōu)點(diǎn)在于工作效率較高，性能穩(wěn)定。但是基于其工作原理，在應(yīng)用時(shí)也存在一些設(shè)計(jì)缺陷，缺陷的根源在于可控硅導(dǎo)通后需要一個(gè)維持電流來(lái)保持導(dǎo)通，否則會(huì)恢復(fù)到截止?fàn)顟B(tài)。不同的可控硅維持電流不同，通常在幾mA至幾十mA之間，有的甚至達(dá)到50mA。而功率越大，需要的維持電流就越大，如果維持電流不夠，則導(dǎo)通角不穩(wěn)定，輸出的波形也會(huì)不均勻，而且會(huì)產(chǎn)生顫動(dòng)和尖峰，當(dāng)將這樣的不穩(wěn)定輸出加到LED上時(shí)就會(huì)出現(xiàn)閃爍。之前的白熾燈由于是線性負(fù)載，而且工作電流一般都會(huì)超過(guò)50mA，所以不會(huì)出現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象，因此目前市面上適用于白熾燈的可控硅調(diào)光器不直接適用于LED產(chǎn)品，需要對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)以符合LED的工作特性。

　　3、PWM調(diào)光技術(shù)目前被認(rèn)為是最有前景的LED調(diào)光技術(shù)。在進(jìn)行脈沖寬度PWM調(diào)光時(shí)，需要提供一個(gè)額外的脈沖寬度調(diào)節(jié)信號(hào)源。通過(guò)改變輸入的脈沖信號(hào)占空比來(lái)調(diào)制LED驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)功率場(chǎng)效應(yīng)管的柵極控制信號(hào)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)通過(guò)LED電流大小的目的。這種調(diào)光技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于應(yīng)用簡(jiǎn)單、效率高、精度高，且調(diào)光效果好，缺點(diǎn)是由于一般LED驅(qū)動(dòng)器都基于開(kāi)關(guān)電源原理，如果PWM調(diào)光的頻率為200~20kHz之間時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)器周?chē)碾姼泻洼敵鲭娙萑菀桩a(chǎn)生人耳聽(tīng)得見(jiàn)的噪聲。此外，在進(jìn)行PWM調(diào)光時(shí)，調(diào)節(jié)信號(hào)的頻率與LED驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)柵極控制信號(hào)的頻率越接近，線性效果就越差。

　　雖然PWM調(diào)光技術(shù)前景被普遍看好，但是在目前LED照明替換市場(chǎng)潛力巨大的前提下，終端系統(tǒng)廠商多從替換燈具的可行性角度出發(fā)，更偏好可控硅調(diào)光技術(shù)。潘俊指出，線性調(diào)光和PWM調(diào)光在家用以及商業(yè)應(yīng)用上都存在無(wú)法替換性改造現(xiàn)有燈具的問(wèn)題。“將線性調(diào)光和PWM調(diào)光應(yīng)用在家庭照明或者商業(yè)照明時(shí)，遇到的最大問(wèn)題不是需要增加負(fù)載分壓電路和提供脈沖控制信號(hào)的問(wèn)題，而是這兩種方法都需要控制線路。由于傳統(tǒng)的燈具只有兩個(gè)電觸點(diǎn)，如果要加上線性或者PWM調(diào)光功能，就需要改變燈具設(shè)計(jì)，增加控制線，因此也就無(wú)法順暢地做到替換性改造了。LED燈具如果兼容現(xiàn)有的可控硅調(diào)光控制技術(shù)，則很容易實(shí)現(xiàn)替換性改造。只不過(guò)將可控硅調(diào)光器應(yīng)用到LED上時(shí)，還需要做一些適應(yīng)性的改變?！?

　　用可控硅進(jìn)行LED調(diào)光設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)出現(xiàn)四種設(shè)計(jì)問(wèn)題，分別是100Hz頻閃、穩(wěn)定性差、負(fù)載過(guò)熱、不同可控硅調(diào)光工作范圍不一致。只有針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)后，才能使可控硅調(diào)光技術(shù)更好地符合LED工作特性。

　　以下這四種問(wèn)題的解決方式分別進(jìn)行了分析：

　　1.用頻移解決100Hz頻閃的問(wèn)題，電網(wǎng)的頻率是50/60Hz，在進(jìn)行整流后，可以得到一個(gè)100/120Hz的脈沖信號(hào)，當(dāng)用此來(lái)作為調(diào)光信號(hào)時(shí)，一旦電流發(fā)生變化，就會(huì)影響到脈沖的占空比，從而出現(xiàn)一個(gè)100Hz左右的頻閃。之前在白熾燈中沒(méi)有這樣的頻閃，是因?yàn)闊襞萱u絲有物理惰性。解決LED照明中這種頻閃的辦法是將調(diào)制信號(hào)頻移到更高的頻段，使人肉眼看不出閃爍?！熬чT(mén)科技的相關(guān)產(chǎn)品將調(diào)光信號(hào)調(diào)至幾KHz，可以很好地解決LED照明中的頻閃問(wèn)題。”

　　2.用虛擬負(fù)載解決調(diào)光的穩(wěn)定性問(wèn)題?？煽毓枵{(diào)光需要有穩(wěn)定的維持電流來(lái)保障其穩(wěn)定工作。由于LED電源大多是非線性的開(kāi)關(guān)電源，其所需的輸入電流是變化的，因此可控硅的導(dǎo)通狀態(tài)和觸發(fā)電壓也會(huì)隨著LED輸入電流的變化而發(fā)生變化。此外，由于LED節(jié)能的特性，燈具的功率不高，這也是導(dǎo)致可控硅工作不穩(wěn)的因素之一。所以，當(dāng)可控硅信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成脈沖寬度調(diào)節(jié)信號(hào)時(shí)，會(huì)因?yàn)長(zhǎng)ED電流的變化而造成燈光的閃爍。解決該問(wèn)題的途徑是在可控硅信號(hào)輸入端之前加入虛擬負(fù)載，用一個(gè)穩(wěn)定的10~30mA負(fù)載來(lái)改善可控硅的輸出波形。

　　3.控制負(fù)載電流，采用濾波、平滑和鎖定技術(shù)解決負(fù)載過(guò)熱和閃爍的問(wèn)題。用以穩(wěn)定可控硅波形的虛擬負(fù)載會(huì)產(chǎn)生一定的功耗和熱量，以250V輸入電壓為例，如果虛擬負(fù)載為10mA時(shí)，其帶來(lái)的功耗為250V×10mA=2.5W；如果虛擬負(fù)載為30mA時(shí)，其帶來(lái)的功耗為250V×30mA=7.5W。“在用LED照明作為替代性光源時(shí)，如果將一個(gè)帶有7.5W虛擬負(fù)載的電路放在直徑僅為2.7cm的E27球泡燈里顯然是不可行的，效率也會(huì)很低?！迸丝≈赋?，“目前解決負(fù)載過(guò)熱的最好辦法是盡量控制虛擬負(fù)載電流到足夠低，這個(gè)電流至少應(yīng)該在10mA以?xún)?nèi)?！?

　　在為了控制負(fù)載過(guò)熱而降低虛擬負(fù)載電流時(shí)，會(huì)出現(xiàn)兩種不良狀況。一是如何在盡量小的虛擬負(fù)載前提下，準(zhǔn)確地解析出導(dǎo)通角信號(hào)。目前普遍采用的方法是通過(guò)信號(hào)濾波技術(shù)，把截取進(jìn)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行整形濾波，以提高調(diào)光信號(hào)的可用性。另一種不良狀況是負(fù)載不足時(shí)信號(hào)不穩(wěn)，從而導(dǎo)致LED閃爍。潘俊指出可以通過(guò)加入信號(hào)平滑及鎖相技術(shù)來(lái)解決該問(wèn)題?！鞍严噜彽膬蓚€(gè)導(dǎo)通角信號(hào)平滑鎖定，就可以很好地減少閃爍的情況發(fā)生。”

　　4.用線性擴(kuò)展和γ補(bǔ)償解決可控硅調(diào)光工作范圍不一致問(wèn)題。在電路設(shè)計(jì)中，用來(lái)確定可控硅導(dǎo)通角的電阻和電容的不同搭配會(huì)產(chǎn)生不同的導(dǎo)通角開(kāi)啟和截止位置。潘俊指出：“市面上不同型號(hào)調(diào)光器的導(dǎo)通角大小、寬窄各不一樣，我們需要將可控硅較窄的導(dǎo)通角進(jìn)行線性擴(kuò)展，這樣才能讓大部分的LED燈具能夠在不同的調(diào)光器下得到較為一致的調(diào)光效果?！睋?jù)他介紹，晶門(mén)科技還在可控硅調(diào)光產(chǎn)品中引入了非線性的γ補(bǔ)償，以使亮度調(diào)節(jié)更符合人眼的需要。