LED調(diào)光技術(shù)，你知道多少？
來源： 作者： 時間：2018-06-01 瀏覽次數(shù)：
那種LED調(diào)光技術(shù)方法最好?曰：模擬和數(shù)字調(diào)光從節(jié)能的角度說沒有可比性，從使用的效果上各有各的長處，使用者要根據(jù)使用場合和成本上考慮。數(shù)字調(diào)光是LED驅(qū)動技術(shù)發(fā)展的一大方向，在技術(shù)實現(xiàn)上,模擬調(diào)光在替換方案中優(yōu)勢明顯，而數(shù)字調(diào)光更符合人們對LED調(diào)光精度、效率以及效果的要求。
經(jīng)過上面的三問三曰， 為各位展開我們今天的話題：遇到LED調(diào)光，你知道多少?
1：線性調(diào)光，即通過調(diào)節(jié)LED正向電流的大小調(diào)光，此方法是比較原始的一種。
改變通過LED的電流大小，來改變LED的亮度， LED輸出輸出相對光強和正向電流的關(guān)系幾乎是正向線性的。如圖1。在照明電路中由一個可變電阻進行調(diào)光。應(yīng)用非常簡單，也不會產(chǎn)生干擾，但其分壓原理是讓電能不完全用在燈具(電器)上，沒有效率可言。調(diào)暗燈光時，調(diào)光電阻因分壓過多而產(chǎn)生大量的熱能，造成能源的浪費和環(huán)境的劣化
圖1 電阻式調(diào)光
對于3W的大功率LED燈柱來說，以350mA時的光輸出作為100%，那么200mA時的光輸出就大約是60%，100mA時大約是25%。所以調(diào)電流可以很容易實現(xiàn)亮度的調(diào)節(jié)。
這種原始的調(diào)光，其缺點也是比較大的，主要是1：用調(diào)正向電流的來調(diào)亮度，在調(diào)亮度的同時也改變光譜和色溫。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(dāng)正向電流減小時，藍(lán)光LED亮度增加而黃色熒光粉的厚度并沒有按比例減薄，就會引起彩色的偏移，而人眼對彩色的偏差是十分敏感的。缺點2， LED通常是用DC-DC的恒流驅(qū)動電源來驅(qū)動的，而恒流驅(qū)動源通常分為升壓型或降壓型兩種，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(fù)載電壓之間的關(guān)系。調(diào)電流會產(chǎn)生使恒流源無法工作的嚴(yán)重問題。
2.模擬調(diào)光：即可控硅調(diào)光，比較傳統(tǒng)的模擬調(diào)光方法。
常見的模擬調(diào)光有雙向可控硅調(diào)光、后沿調(diào)光、ON/OFF調(diào)光、遙控調(diào)光等。可控硅調(diào)光器在傳統(tǒng)的白熾燈等調(diào)光照明應(yīng)用已久，且不用改變接線，裝置成本較低，各品牌可控硅調(diào)光器的性能和規(guī)格相差不大，但是其直接應(yīng)用在LED驅(qū)動場合還存在著一系列問題。
可控硅調(diào)光的基本原理如圖2：
圖2 改變電阻值可得到不同的導(dǎo)通角
這種調(diào)光方法比較可靠，是基于普通的白熾燈和鹵素?zé)舻目煽毓枵{(diào)光原理。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，電流波形永遠(yuǎn)和電壓波形一樣，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。
LED可控硅其調(diào)光電路原理如下圖3：當(dāng)交流電壓加雙向可控硅TRIAC兩端時，由于Rt、Ct組成的RC充電電路有一個充電時間，電容上的電壓是從0V開始充電的，且TRIAC的驅(qū)動極串聯(lián)有一個DIAC(雙向觸發(fā)二極管，一般是30V左右)，因此TRIAC可靠截止。當(dāng)Ct上的電壓上升到30V時，DIAC觸發(fā)導(dǎo)通，TRIAC可靠導(dǎo)通，此時TRIAC兩端的電壓瞬間變?yōu)榱悖?/font>Ct通過Rt迅速放電，當(dāng)Ct電壓跌落到30V以下時，DIAC截止，如果TRIAC通過的電流大于其維持電流則繼續(xù)導(dǎo)通，如果低于其維持電流將會截止。電感L和電容C的作用是減小電流和電壓的變化率，以抑制電磁干擾EMI問題。
圖3 常見的可控硅調(diào)光器
可控硅LED調(diào)光的缺點是：①進行可控硅調(diào)光時輸入端的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的驅(qū)動電源就會產(chǎn)生音頻噪聲和閃爍。②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。③不能實現(xiàn)比較寬范圍的調(diào)光控制，當(dāng)可控硅導(dǎo)通角較小時，由于此時輸入電壓和電流均較小，導(dǎo)致維持電流不夠或者芯片供電Vcc不夠，電路停止工作，使LED產(chǎn)生閃爍。
3.數(shù)字調(diào)光：即PWM( 脈寬調(diào)制)調(diào)光，這可是比較時髦調(diào)光方式。
玩電子的人都知道， LED就是一個二極管，它可以實現(xiàn)快速開關(guān)，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。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PWM(脈寬調(diào)制)調(diào)光法。
為LED提供脈波電流的方法也稱作PWM，LED本身對應(yīng)流經(jīng)它們的電流導(dǎo)通及關(guān)閉而快速地導(dǎo)通和關(guān)閉。開關(guān)時間在100奈秒(ns)等級，相當(dāng)于最大頻率10MHz。應(yīng)用通常以100Hz～100kHz的頻率工作。頻率低于100Hz時，人眼會觀察到LED光閃爍。頻率在500Hz～20kHz之間時，電路就有噪聲。調(diào)光是通過在單個開關(guān)周期的某部分時間內(nèi)將LED導(dǎo)通;在開關(guān)周期的其余部分時間內(nèi)，將LED關(guān)閉來實現(xiàn)。這種導(dǎo)通關(guān)閉周期稱作工作周期(D)，其表達(dá)方式為LED導(dǎo)通時間(TON)除以整個開關(guān)/導(dǎo)通周期時間(TS)
。
圖4 LED的開關(guān)周期示意圖及工作周期
脈寬調(diào)制方式是用較高的頻率開關(guān)LED，開關(guān)頻率超出人一般能夠察覺的范圍，給人一種LED總亮的假象，現(xiàn)在普遍采用脈寬調(diào)制方式調(diào)節(jié)LED的亮度，在某些應(yīng)用中，調(diào)光比可達(dá)5 000：1，常用的LED驅(qū)動方式有降壓型(Buck)、升壓型(Boost)、升降壓型(Buck～Boost)等3種。
至于PWM的信號的產(chǎn)生，有模擬器件可以產(chǎn)生，比如NE555就可以產(chǎn)生PWM波形，也可以是MCU控制產(chǎn)生，現(xiàn)在各個芯片廠商，都在轟轟烈烈的做很多LED驅(qū)動芯片，其中很多芯片都集成PWM和模擬調(diào)光兩種方式。下面圖5是一個集成PWM的調(diào)光驅(qū)動IC的設(shè)計電路框圖。
利用PWM進行調(diào)光，其對LED燈珠的驅(qū)動電流呈方波狀，其脈沖寬度可變，經(jīng)過對脈沖寬度的調(diào)制轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)制LED燈連續(xù)點亮的時間，也同時轉(zhuǎn)變了輸入功率，從而到達(dá)節(jié)能、調(diào)光的目標(biāo)。頻率跟平常一樣大概在200Hz~10KHz;因為人的眼睛視覺的滯后性，不會感覺得到光源在調(diào)光過程中產(chǎn)生的閃耀現(xiàn)象。此種調(diào)光方法的好處是能改善LED的散熱性能，
PWM對LED調(diào)光的缺陷是驅(qū)動電流的過沖對LED芯片的壽命肯定有一定的影響)
總的來說，線性通?？梢院芎唵蔚膩韺崿F(xiàn)。但是由于LED光的特性要隨著平均驅(qū)動電流而偏移。對于單色LED來說，其主波長會改變。對白光LED來說，其相關(guān)顏色溫度(CCT)會改變。用PWM調(diào)光則保證了LED發(fā)出設(shè)計者需要的顏色。PWM調(diào)光也可以提高輸出電流精度。模擬調(diào)光會降低輸出電流的精度。通常來說，相對于模擬調(diào)光，PWM調(diào)光可以精度大于線性控制光輸出。
從節(jié)能來說，線性調(diào)光肯定是不效率底下，而模擬調(diào)光和PWM調(diào)開篇已經(jīng)提到光沒有可比性。因為PWM是保證CCT和顏色情況下測定電流(光強)，模擬調(diào)光則是不存在這個前提。如果要犧牲這個前提來考慮節(jié)能的話，需要實測數(shù)據(jù)。但估計在實現(xiàn)同等照度的情況下，PWM會有優(yōu)勢。
從調(diào)光響應(yīng)時間來說，PWM調(diào)光由于其響應(yīng)速度快，并且能夠更加精確地調(diào)光。在實際使用中應(yīng)用得最為廣泛
