LED調光技術，你知道多少？
來源： 作者： 時間：2018-06-01 瀏覽次數：
那種LED調光技術方法最好?曰：模擬和數字調光從節能的角度說沒有可比性，從使用的效果上各有各的長處，使用者要根據使用場合和成本上考慮。數字調光是LED驅動技術發展的一大方向，在技術實現上,模擬調光在替換方案中優勢明顯，而數字調光更符合人們對LED調光精度、效率以及效果的要求。
經過上面的三問三曰， 為各位展開我們今天的話題：遇到LED調光，你知道多少?
1：線性調光，即通過調節LED正向電流的大小調光，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光。應用非常簡單，也不會產生干擾，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。調暗燈光時，調光電阻因分壓過多而產生大量的熱能，造成能源的浪費和環境的劣化
圖1 電阻式調光
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%。所以調電流可以很容易實現亮度的調節。
這種原始的調光，其缺點也是比較大的，主要是1：用調正向電流的來調亮度，在調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激發黃色熒光粉而產生，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，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的恒流驅動電源來驅動的，而恒流驅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。調電流會產生使恒流源無法工作的嚴重問題。
2.模擬調光：即可控硅調光，比較傳統的模擬調光方法。
常見的模擬調光有雙向可控硅調光、后沿調光、ON/OFF調光、遙控調光等。可控硅調光器在傳統的白熾燈等調光照明應用已久，且不用改變接線，裝置成本較低，各品牌可控硅調光器的性能和規格相差不大，但是其直接應用在LED驅動場合還存在著一系列問題。
可控硅調光的基本原理如圖2：
圖2 改變電阻值可得到不同的導通角
這種調光方法比較可靠，是基于普通的白熾燈和鹵素燈的可控硅調光原理。因為白熾燈和鹵素燈是一個純電阻器件，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，就可以調光。
LED可控硅其調光電路原理如下圖3：當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的驅動極串聯有一個DIAC(雙向觸發二極管，一般是30V左右)，因此TRIAC可靠截止。當Ct上的電壓上升到30V時，DIAC觸發導通，TRIAC可靠導通，此時TRIAC兩端的電壓瞬間變為零，Ct通過Rt迅速放電，當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導通，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 常見的可控硅調光器
可控硅LED調光的缺點是：①進行可控硅調光時輸入端的LC濾波器會使可控硅產生振蕩，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的驅動電源就會產生音頻噪聲和閃爍。②可控硅調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)，因此可控硅調光大大降低了LED的系統效率。而且可控硅調光的波形加大了諧波系數，非正弦的波形會在線路上產生嚴重的干擾信號(EMI)污染電網，嚴重的會使電網癱瘓。③不能實現比較寬范圍的調光控制，當可控硅導通角較小時，由于此時輸入電壓和電流均較小，導致維持電流不夠或者芯片供電Vcc不夠，電路停止工作，使LED產生閃爍。
3.數字調光：即PWM( 脈寬調制)調光，這可是比較時髦調光方式。
玩電子的人都知道， LED就是一個二極管，它可以實現快速開關，允許的開關速度可以高達微秒以上，是任何發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(脈寬調制)調光法。
為LED提供脈波電流的方法也稱作PWM，LED本身對應流經它們的電流導通及關閉而快速地導通和關閉。開關時間在100奈秒(ns)等級，相當于最大頻率10MHz。應用通常以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。調光是通過在單個開關周期的某部分時間內將LED導通;在開關周期的其余部分時間內，將LED關閉來實現。這種導通關閉周期稱作工作周期(D)，其表達方式為LED導通時間(TON)除以整個開關/導通周期時間(TS)
。
圖4 LED的開關周期示意圖及工作周期
脈寬調制方式是用較高的頻率開關LED，開關頻率超出人一般能夠察覺的范圍，給人一種LED總亮的假象，現在普遍采用脈寬調制方式調節LED的亮度，在某些應用中，調光比可達5 000：1，常用的LED驅動方式有降壓型(Buck)、升壓型(Boost)、升降壓型(Buck～Boost)等3種。
至于PWM的信號的產生，有模擬器件可以產生，比如NE555就可以產生PWM波形，也可以是MCU控制產生，現在各個芯片廠商，都在轟轟烈烈的做很多LED驅動芯片，其中很多芯片都集成PWM和模擬調光兩種方式。下面圖5是一個集成PWM的調光驅動IC的設計電路框圖。
利用PWM進行調光，其對LED燈珠的驅動電流呈方波狀，其脈沖寬度可變，經過對脈沖寬度的調制轉變為調制LED燈連續點亮的時間，也同時轉變了輸入功率，從而到達節能、調光的目標。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光過程中產生的閃耀現象。此種調光方法的好處是能改善LED的散熱性能，
PWM對LED調光的缺陷是驅動電流的過沖對LED芯片的壽命肯定有一定的影響)
總的來說，線性通常可以很簡單的來實現。但是由于LED光的特性要隨著平均驅動電流而偏移。對于單色LED來說，其主波長會改變。對白光LED來說，其相關顏色溫度(CCT)會改變。用PWM調光則保證了LED發出設計者需要的顏色。PWM調光也可以提高輸出電流精度。模擬調光會降低輸出電流的精度。通常來說，相對于模擬調光，PWM調光可以精度大于線性控制光輸出。
從節能來說，線性調光肯定是不效率底下，而模擬調光和PWM調開篇已經提到光沒有可比性。因為PWM是保證CCT和顏色情況下測定電流(光強)，模擬調光則是不存在這個前提。如果要犧牲這個前提來考慮節能的話，需要實測數據。但估計在實現同等照度的情況下，PWM會有優勢。
從調光響應時間來說，PWM調光由于其響應速度快，并且能夠更加精確地調光。在實際使用中應用得最為廣泛
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