LED照明調光技術分析

　　但是硅控調光器會成為未來LED照明的主流調光方式嗎?答案是相當不樂觀的。首先來檢討硅控調光器的工作原理與其先天的缺點。

　　硅控調光器主要構成元件包括： (1)硅控管--用來截取交流電壓部分導通角度,以改變燈具的輸入功率 (2) RtCt timer--Rt為可調電阻,用來改變硅控管導通角度 (3) Diac--一種擊發硅控管的元件。注意：硅控管在擊發之后就維持導通狀態,直到流通的電流降到 hold-up current (維勞電流) 準位以下。硅控調光器原來是為純電阻性負載的白熾燈專用的,通常是無法匹配螢光燈與省電燈泡 (CFL) 。

　　硅控調光器的主要缺點包括：

　　(1) 功率因數會變差,導通角愈短,功因就愈差。調到1/4亮時,功因將低于0.25。

　　(2) 效率會變差,因為在調暗時,負載不足,會造成硅控管提早關閉,導致 RC timer與導通角錯亂。更造成螢光燈或LED 燈操作無法穩定,而閃爍不定的問題。欲解決閃爍問題,通常要加裝??流電阻 (bleeder or dummy load)。如此一來,用bleeder來消耗功率以維持硅控管的正常操作,就違背了原先調光節能的立意。

　　(3) 匹配問題,要開發一種與市面上數十廠牌硅控調光器,都保證相容的可調光LED燈具,是相當困難的。硅控調光器的匹配問題,請參閱NXP Application Note AN10754。

　　(4) 高裝置成本,雇請一個電氣工人來裝置硅控調光器至少需要 $30至 $50。

　　(5) 有限的既有市場,目前大部分辦公室及商店照明都以螢光燈為主;而幾乎所有的螢光燈都不能匹配硅控調光器。不管是在歐美,日本,或新興國家,硅控調光器事實上都不普及。據統計,全美國包括家庭、商店、工廠與辦公室,全部加起來約有七十億燈管和燈泡。平均每個人備有28顆燈泡。但是裝有調光器者,不到 1%。

　　照明大廠對硅控調光器前景不看好的幾個實例就是上述Philips、Sharp推出的遙控調光器。但是不管硅控調光器或是遙控調光器,整個照明產業,顯然沒有共識。或者是說,當消費者不能接受昂貴的調光方案,而品牌廠商只有興趣生產高利潤的遙控調光器時,調光節能環保的美意就無疾而終了。

　　所以就如前述,我們現在處于3G、4G世代的電子業對一個簡單的調光功能卻束手無策,實在很諷刺。事實上,無法提供調光功能,是照明業者長久以來的一個窘境。LED照明業者,必須果斷地突破這個僵局。更佳者,若能開創出一種接近零成本,不需要改變接線,不需要遙控調光器,又能維持高效率與高功因,又能立即被普遍采用的調光方式,就能讓LED照明更可以和省電燈泡競爭。調光功能的突破,對整個LED照明產業,是一個非常重要的關鍵。

　　5.四段調光

　　在照明這種傳統產業,「最可行的標準,就是原來的標準。最容易的方案,就是不需改變現狀」。

　　LED 照明產業是一種漸進演變,不能改變現有照明系統的基礎建設 (infra-structure)。不管是燈具造型 (PAR38, PAR30, A19, MR16, T8, T12),燈具接頭 (E27, E26, E17, G13 for T8, T12),都很難再改變。到目前為止,比較成功的LED照明的產品,都是造型和使用方式與傳統的燈泡和燈管很類似。日系LED照明廠在造型方面通常比較會沿用傳統風格。比起造型怪異的省電燈泡,古典造型的LED燈泡自然會更受到消費者的喜愛。

　　我們可以推測,最可行的調光方式,就是不制定新標準,不改變現況,不需要改變接線,不增加任何調光器,就能達到調光功能的一種方案。在這樣的條件之下,我們直覺想到可以利用的,就只有在最基本的wall switch 上動腦筋了。

　　四段調光 -- 在臺灣大部分家庭的客廳,都裝有可切換燈泡數目的控制裝置。其原理是有一塊控制板,裝在客廳吊燈上方。當墻壁開關切換數次,控制板就透過幾個繼電器 (relay) 來改變點亮燈泡的數目。

　　但是四段調光器必須外接線路板,而且是改變點燈的數目。如何把四段調光做進單一燈泡之內,的確需要創意。以往有使用MCU來偵測墻壁開關切換次數,并改變螢光燈電子安定器的輸出功率,但是線路板元件相當多,成本也不低。

　　6.EZ Dimming

　　把調光功能內建在一顆MSOP-10的 LED驅動器 之內,沒有任何其他外接零件的需要。同時在各段調光準位時,都能維持高效率與高功因。因為EZ Dimming結合了正弦降壓線路(sinusoidal buck),或正弦正激線路 (sinusoidal forward) 的專利驅動技術, 所以能輕易達到這種高功因、高效率、線路最小、成本最低的調光方案。

　　EZ dimming偵測wall switch切換次數,來改變調光準位。自全亮開始,循序降到六分亮,四分亮,二分亮。并且在任何調光階段,都維持高于0.90的功因、高于80%的效率。切換柔和,完全沒有突波電流或噪音的現象。線路精簡,幾乎是零增加硬體成本。

　　比較其他各式現有的調光方案,EZ Dimming不只是賦有超越性的功能優勢,而且不需要改變接線或任何硬體設備,裝置成本最低。只要將傳統的燈泡、日光燈管或者省電燈泡拆卸下來,再裝上一顆配有EZ Dimming的LED燈泡或燈管,立即可以將一個原先毫無調光功能的照明器具或系統,改成一個具有調光功能、節能環保的照明系統。

　　圖一 GM6182 高功因、高效率、具有EZ Dimming 功能的LED 驅動器

　　圖二 EZ Dimming 四段調光的準位