LED燈具主要調(diào)光技術淺析

　　LED作為一種光源，調(diào)光是很重要的。不僅是為了在家居中得到一個更舒適的環(huán)境，在今天來說，減少不必要的電光線，以進一步實現(xiàn)節(jié)能減排的目的是更加重要的一件事。而且對于LED光源來說，調(diào)光也是比其他熒光燈、節(jié)能燈、高壓鈉燈等更容易實現(xiàn)，所以更應該在各種類型的LED燈具中加上調(diào)光的功能。

　　一、采用直流電源led的調(diào)光技術

　　用調(diào)正向電流的方法來調(diào)亮度要改變LED的亮度，是很容易實現(xiàn)的。首先想到的是改變它的驅(qū)動電流，因為LED的亮度是幾乎和它的驅(qū)動電流直接成正比關系。

　　1.1 調(diào)節(jié)正向電流的方法

　　調(diào)節(jié)LED的電流最簡單的方法就是改變和LED負載串聯(lián)的電流檢測電阻，幾乎所有DC-DC恒流芯片都有一個檢測電流的接口，是檢測到的電壓和芯片內(nèi)部的參考電壓比較，來控制電流的恒定。但是這個檢測電阻的值通常很小，只有零點幾歐，如果要在墻上裝一個零點幾歐的電位器來調(diào)節(jié)電流是不大可能的，因為引線電阻也會有零點幾歐了。所以有些芯片提供一個控制電壓接口，改變輸入的控制電壓就可以改變其輸出恒流值。

　　1.2 調(diào)正向電流會使色譜偏移

　　然而用調(diào)正向電流的方法來調(diào)亮度會產(chǎn)生一個問題，那就是在調(diào)亮度的同時也會改變它的光譜和色溫。因為目前白光LED都是用蘭光LED激發(fā)黃色熒光粉而產(chǎn)生，當正向電流減小時，藍光LED亮度增加而黃色熒光粉的厚度并沒有按比例減薄，從而使其光譜的主波長增長。如：當正向電流為350mA時，色溫為5734K,而正向電流增加到350mA時，色溫就偏移到5636K.電流再進一步減小時，色溫會向暖色變化。

　　當然這些問題在一般的實際照明中可能不算是一個大問題。然而在采用RGB的LED系統(tǒng)中，就會引起彩色的偏移，而人眼對彩色的偏差是十分敏感的，因此也是不能允許的。

　　1.3 調(diào)電流會產(chǎn)生使恒流源無法工作的嚴重問題

　　然而在具體實現(xiàn)中，用調(diào)正向電流的方法來調(diào)光可能會產(chǎn)生一個更為嚴重的問題。

　　我們知道LED通常是用DC-DC的恒流驅(qū)動電源來驅(qū)動的，而這類恒流驅(qū)動源通常分為升壓型或降壓型兩種（當然還有升降壓型，但由于效率低、價錢貴而不常用）。究竟采用升壓型還是降壓型是由電源電壓和LED負載電壓之間的關系決定的。假如電源電壓低于負載電壓就采用升壓型；假如電源電壓高于負載電壓就采用降壓型。而LED的正向電壓是由其正向電流決定的。從LED的伏安特性可知，正向電流的變化會引起正向電壓的相應變化，確切地說，正向電流的減小也會引起正向電壓的減小。所以在把電流調(diào)低的時候，LED的正向電壓也就跟著降低。這就會改變電源電壓和負載電壓之間的關系。

　　例如，在一個輸入為24V的LED燈具中，采用了8顆1W的大功率LED串聯(lián)起來。在正向電流為350mA時，每個LED的正向電壓是3.3V.那么8顆串聯(lián)就是26.4V,比輸入電壓高。所以應該采用升壓型恒流源。但是，為了要調(diào)光，把電流降到100mA,這時候的正向電壓只有2.8V,8顆串聯(lián)為22.4V,負載電壓就變成低于電源電壓。這樣升壓型恒流源就根本無法工作，而應該采用降壓型。對于一個升壓型的恒流源一定要它工作于降壓是不行的，最后LED就會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。實際上，只要是采用了升壓型恒流源，在用調(diào)正向電流調(diào)光時，只要調(diào)到很低的亮度幾乎一定會產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。因為那時候的LED負載電壓一定是低于電源電壓。很多人因為不了解其中的問題，還總要去從調(diào)光的電路里去找問題，那是徒勞無益的。

　　采用降壓型恒流源問題會少一些，因為如果本來電源電壓高于負載電壓，當亮度是往低調(diào)，負載電壓是降低的，所以還是需要降壓型恒流源。但是如果調(diào)到非常低的正向電流，LED的負載電壓也變得很低，那時候降壓比非常大，也可能超出了這種降壓型恒流源的正常工作范圍，也會使它無法工作而產(chǎn)生閃爍。

　　1.4 長時間工作于低亮度有可能會使降壓型恒流源效率降低溫升增高而無法工作

　　一般人可能認為向下調(diào)光是降低恒流源的輸出功率，所以不可能會引起降壓型恒流源的功耗加大而溫升增高。殊不知當降低正向電流時所引起的正向電壓降低會使降壓比降低。而降壓型恒流源的效率是和降壓比有關的，降壓比越大，效率越低，損耗在芯片上的功耗越大。

　　1.5 調(diào)節(jié)正向電流無法得到精確調(diào)光

　　因為正向電流和光輸出并不是完全正比關系，而且不同的LED會有不同的正向電流和光輸出關系曲線。所以用調(diào)節(jié)正向電流的方法很難實現(xiàn)精確的光輸出控制。

　　LED是一個二極管，它可以實現(xiàn)快速開關。它的開關速度可以高達微秒以上。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。假如脈沖的周期為tpwm,脈沖寬度為ton,那么其工作比D（或稱為孔度比）就是ton/tpwm.改變恒流源脈沖的工作比就可以改變LED的亮度。

　　二、采用交流電源的LED調(diào)光

　　2.1 如何實現(xiàn)PWM調(diào)光

　　具體實現(xiàn)PWM調(diào)光的方法就是在LED的負載中串入一個MOS開關管，這串LED的陽極用一個恒流源供電。

　　然后用一個PWM信號加到MOS管的柵極，以快速地開關這串LED.從而實現(xiàn)調(diào)光。也有不少恒流芯片本身就帶一個PWM的接口，可以直接接受PWM信號，再輸出控制MOS開關管。那么這種PWM調(diào)光方法有那些優(yōu)缺點呢？

　　2.2 脈寬調(diào)制調(diào)光的優(yōu)點

　　1.不會產(chǎn)生任何色譜偏移。因為LED始終工作在滿幅度電流和0之間。

　　2.可以有極高的調(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.可以和數(shù)字控制技術相結(jié)合來進行控制。因為任何數(shù)字都可以很容易變換成為一個PWM信號。

　　4. 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。

　　2.3 脈寬調(diào)光要注意的問題

　　1. 脈沖頻率的選擇：因為LED是處于快速開關狀態(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，它的工作頻率應當高于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，一是把開關頻率提高到20kHz以上，跳出人耳聽覺的范圍。但是頻率過高也會引起一些問題，因為各種寄生參數(shù)的影響，會使脈沖波形（前后沿）產(chǎn)生畸變。這就降低了調(diào)光的精確度。另一種方法是找出發(fā)聲的器件而加以處理。實際上，主要的發(fā)聲器件是輸出端的陶瓷電容，因為陶瓷電容通常都是由高介電常數(shù)的陶瓷所做成，這類陶瓷都具有壓電特性。在200Hz的脈沖作用下就會產(chǎn)生機械振動而發(fā)聲。解決的方法是采用鉭電容來代替。不過，高耐壓的鉭電容很難得到，而且價錢很貴，會增加一些成本。

三、用可控硅對LED調(diào)光

　　普通的白熾燈和鹵素燈通常采用可控硅來調(diào)光。因為白熾燈和鹵素燈是一個純阻器件，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。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。負載是和可控硅開關串聯(lián)的。

　　改變可變電阻的分壓比就可以改變其導通角，從而實現(xiàn)改變其有效值的目的。通常這個電位器帶一個開關，接在n的輸入端，用于開關燈。除了可控硅以外，還有晶體管后沿調(diào)光技術等等，因為它們的基本問題是相同的，就不在此介紹了。

　　3.1 可控硅調(diào)光的缺點和問題

　　然而，可控硅調(diào)光存在一系列問題。

　　1. 可控硅破壞了正弦波的波形，從而降低了功率因素值，通常PF低于0.5,而且導通角越小時功率因素越差（1/4亮度時只有0.25）。

　　2. 同樣，非正弦的波形加大了諧波系數(shù)。

　　3. 非正弦的波形會在線路上產(chǎn)生嚴重的干擾信號（EMI）

　　4. 在低負載時很容易不穩(wěn)定，為此還必須加上一個泄流電阻。而這個泄流電阻至少要消耗1-2瓦的功率。

　　5. 在普通可控硅調(diào)光電路輸出到LED的驅(qū)動電源時還會產(chǎn)生意想不到的問題，那就是輸入端的LC濾波器會使可控