深入剖析:LED調光的實現探

LED的調光可以進一步提高LED的節能效果，而LED的可控硅調光具有易于實現和使用方便等一系列優點，下面介紹LED可控硅調光控制的工作原理、特點和應用時需注意的有關問題。

1、LED市場與技術進展

由于白熾燈的發光效率低，所以世界各國政府紛紛制定了如圖1所示淘汰白熾燈的時刻表，而LED的發光效率高和工作壽命長的一系列優點使LED照明得到了廣泛的應用，LED的性能和發光效率不斷提升，LED有關技術指標進展預測如表1所示。

圖1 世界各國淘汰白熾燈的時刻表

2 照明調光

調光具有節能的優點，照明調光在應用中有很好的市場，相對白熾燈/氣體放電燈，LED的調光節能效果更明顯。白熾燈/氣體放電燈調光工作時燈的工作效率有明顯下降，而LED調光的發光效率會提高，這主要是由于在低發光亮度時通過LED的正向電流較小，在有關回路電阻成份上的損耗降低的原因。照明調光不僅節能，照明調光還可以改變空間視覺效果，從而影響人的行為模式。

但是，LED調光電路的設計對LED調光的性能發揮有很重要的影響。高性能調光器受到用戶的歡迎，下面討論LED可控硅調光的有關問題。

2.1 LED調光

LED由于具體很好的演色性、發光效率、體積小、低工作電壓和工作壽命長的一系列優點得到了很好的應用，然而，調光控制標準化對LED調光應用的推廣很重要。由于白熾燈的可控硅調光得到了很好的應用，LED調光應和可控硅調光能很好地配合使用，以利用現有的白熾燈可控硅調光器。

LED用于替代通用白熾燈照明，LED調光和LED的發光顏色、LED的光輸出、LED的發光效率(調光曲線)等因素有關;有關調光控制方法(例如 0-10V，DALI等有關控制協議)、散熱管理、驅動方案、拓撲架構和已有的基礎設施等因素對LED調光的工作狀態和調光控制性能有很大的影響。

2.2 LED調光性能

由于人們用慣了白熾燈可控硅調光器，所以LED調光器應能兼容可控硅調光器，并應考慮以下技術指標：

(1)調光范圍

調光范圍常用最大亮度值的百分比表示，例如X%—XX%。在實用中，隨著

燈發光亮度的降低人眼瞳孔會放大，這樣人眼接收的光線并不很快隨燈發光亮度的降低而降低，如表示為最大發光亮度級的百分數，則人眼接收的光是測得光百分數的均方根值。例如，測得調光電平為最大發光值的10%，則人眼接收的光為

的最大發光值，即所謂的心理物理學定律。

(2)在整個調光范圍應平滑調光變化。

(3)燈在最低調光電平時啟動燈發光應很快達到預定的發光值。

(4)達到預定的調光電平后LED燈發光應穩定，不應有發光閃爍現象。

(5)在整個調光范圍內，LED燈、LED驅動電源和調光控制器不應有可聞噪聲。

(6)運動控制/有無人檢測/光電檢測等部件能控制LED燈的工作。

2.3 工作可靠性

調光對大部分光源而言，可以延長其使用壽命，因為在低發光亮度下燈的功耗和發熱降低了，有利于提高光源的使用壽命。

溫度對電子元器件的壽命有重要的影響，低溫對延長電子元器件的壽命有幫助，LED燈為燈和電子元器件的一體的燈，所以整體燈的壽命受壽命最短的電子元器件的壽命制約，調光有利于降低LED燈的溫度，有利于LED燈的光通量維持率和延長LED燈的使用壽命。

3 相控調光

相控調光最早用于白熾燈調光，相控調光的主要優點是使用、安裝方便。LED相控調光的頻率應不低于100Hz，以避免人眼感到發光閃爍，相控導通角越大則LED的發光亮度越大，相控半導體器件可用可控硅、場效應晶體管或有關半導體器件。

由于現有的調光器被設計用于白熾燈(近似電阻負載，功率大多在20W和50W之間)，因此需要一些額外的電路才能允許它們用于LED照明系統。目前，市場上還沒有白熾燈調光器標準，因此目前市場上有大量不同性能和參數值的調光器。

3.1 前沿相控調光

前沿相控調光(前相調光)由于電路實現簡單所以得到了廣泛的應用，開關器件常用可控硅，通過控制可控硅的導通角來控制輸出的交流電有效值，從而達到調光控制，典型可控硅前沿相控調光電路原理圖如圖2所示。在圖2中，可調電阻VR4和電容C23構成移相電路。當C23兩端的電壓達到或超過DIAC(DB3) 的擊穿電壓時，C23電荷通過DB3部分注入雙向可控硅T2，雙向可控硅T2被觸發導通。

雙向可控硅T2的最低門觸發電流(IGT)使雙向晶閘管導通。它還要求有一個最低的維持電流來維持雙向可控硅的導通，當電流低于維持電流時，雙向可控硅T2被關閉?？煽毓枨把叵嗫卣{光調光波形圖如圖3所示，前沿相控調光常用于白熾燈和鹵鎢燈調光的應用場合，由于在低調光亮度時通過可控硅的電流減小，如調光亮度很低，通過可控硅的電流低于可控硅的維持導通電流時就不能再調光，否則可控硅關斷，這對低調光亮度LED調光可能是個問題。

相控后沿和前沿調光器特點如表2所示。

4 評價可控硅相控LED可調光系統時需注意的有關問題

常見評價可控硅相控LED可調光系統時需注意的有關問題如下。

4.1 100%光輸出

當調光器調至100%位置時和不可調光輸出時光輸出衰減了多少?

4.2 最大調光級

4.2 最大調光級

可調光LED照明系統的最大調光級是多少?4.3 調光器的物理調節范圍和光輸出特性

(1)調光器的物理調節范圍是多少?相應LED的調光范圍是多少?

(2)在關斷調光器前，在低光輸出調節區間的調光光輸出不變的物理調節范圍是多少?

(3)調光器的物理調節位置、光輸出和加到LED燈負載上的電壓有效值(相位角、導通時間、占空比等)是否有關系?

4.4 調光器可調光的LED數量范圍/最低負載

(1)調光器可正常調光的LED負載數量范圍是多少?

(2)白熾燈可控硅調光器可帶的最小負載和可控硅的維持電流有關，在最低LED調光亮度時LED的最小工作電流能否滿足可控硅的維持電流要求?

4.5 浪涌電流

對白熾燈可控硅調光而言，它的浪涌輸入電流和白熾燈燈絲的冷電阻有關，對LED調光負載時這個浪涌輸入電流值要比白熾燈可控硅調光要小，以確?？煽毓枵{光電路可靠工作。

4.6 重復峰值電壓

可控硅的耐壓值有限，使用時應確保LED應用時的重復峰值電壓低于白熾燈可控硅調光器的重復峰值電壓，以確保可控硅調光電路可靠工作。

4.7 最小調光范圍

在可控硅調光器的最低調光位置LED是否還導通。

4.8 LED不發光的調光位置

在實用中，在可控硅調光器由最大到最小或由最小到最大調光時有可能在調光器的中間某個位置LED不工作，這個LED可控硅調光器是否有這種現象?

4.9 導通延遲時間

(1)LED可控硅調光器的最大導通延遲時間是多少?

(2)LED可控硅調光器的導通延遲在調光器的什么位置出現?

(3)導通延遲和調光級是否有關?

(4)當不同的LED產品接至LED可控硅調光器時這個導通延遲時間是否變化?調光時是否會產生調光“爆米花”效應(調光光輸出閃動)?

4.10 調光閃爍

在LED可控硅調光器調光時是否有調光閃爍?在LED可控硅調光器調光時是否有頻閃效應?

4.11 變色

在LED可控硅調光器調光時是否有LED發光顏色改變?如有顏色變化如何?

4.12 可聞噪聲

LED可控硅調光器調光時是否有可聞噪聲?LED可控硅調光器調光時可聞噪聲的出現是否和某些因素有關(例如，LED可控硅調光器帶的LED燈的數量和LED可控硅調光器調光位置等因素有關)?

5 小結

由于可控硅調光易于使用，符合人們的使用習慣，所以推廣LED可控硅調光有很好的市場前景。但是，在LED調光的應用場合，可控硅調光在電路的功率因數、調光閃爍等調光性能和造價等方面還需進一步做出努力，以擴大可控硅調光在LED照明調光的應用范圍。