全方面解析LED的調光

　2 采用脈寬調制（PWM）來調光

　　LED是一個二極管，它可以實現快速開關。它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。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制（PWM）調光法。圖7表示這種脈寬調制的波形。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。

圖7. 用改變脈沖寬度的方法來改變LED的亮度

　　2.1 如何實現PWM調光

　　具體實現PWM調光的方法就是在LED的負載中串入一個MOS開關管（圖8），這串LED的陽極用一個恒流源供電。

圖8. 用PWM信號快速通斷LED串

　　然后用一個PWM信號加到MOS管的柵極，以快速地開關這串LED。從而實現調光。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調光方法有那些優缺點呢？

　　2.2 脈寬調制調光的優點

　　1.不會產生任何色譜偏移。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，所以很容易實現萬分之一的精度。

　　3.可以和數字控制技術相結合來進行控制。因為任何數字都可以很容易變換成為一個PWM信號。

　　4. 即使在很大范圍內調光，也不會發生閃爍現象。因為不會改變恒流源的工作條件（升壓比或降壓比），更不可能發生過熱等問題。

　　2.3 脈寬調光要注意的問題

　　1. 脈沖頻率的選擇

　　因為LED是處于快速開關狀態，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象，它的工作頻率應當高于100Hz，最好為200Hz。

　　2. 消除調光引起的嘯聲： 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，因為各種寄生參數的影響，會使脈沖波形（前后沿）產生畸變。這就降低了調光的精確度。另一種方法是找出發聲的器件而加以處理。實際上，主要的發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生機械振動而發聲。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。

　第二部分 采用交流電源的LED調光

　　3 用可控硅對LED調光

　　普通的白熾燈和鹵素燈通常采用可控硅來調光。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。其電原理圖如圖9所示。虛線部分就是安裝在墻上的可控硅調光開關。a-b之間的電阻就是白熾燈負載。所以負載是和可控硅開關串聯的。

圖9. 可控硅調光的電路圖和波形圖

　　改變可變電阻的分壓比就可以改變其導通角，從而實現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 可控硅調光的缺點和問題

　　然而，可控硅調光存在一系列問題。

　　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。

　　3. 非正弦的波形會在線路上產生嚴重的干擾信號（EMI）4. 在低負載時很容易不穩定，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. 在普通可控硅調光電路輸出到LED的驅動電源時還會產生意想不到的問題，那就是輸入端的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。

　　3.2 可控硅調光的優勢

　　可控硅調光雖然有那么多的缺點和問題，但是，它卻有著一定的的優勢，那就是它已經和白熾燈鹵素燈結成了聯盟，占據了很大的調光市場。如果LED想要取代可控硅調光的白熾燈和鹵素燈燈具的位置，就也要和可控硅調光兼容。

　　具體來說，在一些已經安裝了可控硅調光的白熾燈或鹵素燈的地方，墻上已經安裝了可控硅的調光開關和旋鈕，墻壁里也已經安裝了通向燈具的兩根連接線。要更換墻上的可控硅開關和要增加連接線的數目都不是那么容易，最簡單的方法就是什么都不變，只要把燈頭上的白熾燈擰下，換上帶有兼容可控硅調光功能的LED燈泡就可以。這種戰略就像LED日光燈一樣，最好做成和現在的T10、T8熒光燈尺寸大小完全一樣，不需要專業電工，普通老百姓就可以直接更換，那就可以很快普及。因此國外很多生產LED驅動IC的廠商都開發出了可以兼容現有可控硅調光的IC來。

　　3.3 兼容可控硅調光的LED驅動IC

　　目前市場上主要有恩智浦的SSL2101/2，國半的LM3445，iWatt的iW3610和OnSemi的NCL3000四種兼容可控硅調光的驅動IC。其特點如下：

　　和一般反激式的IC不同之處在于它們都可以檢測出可控硅的導通角來確定LED的電流以進行調光，我們不準備來詳細介紹它們的工作原理和性能，因為我們并不認為這是LED調光的方向。