LED调光的实现探讨.doc

1、LED 调光的实现探讨LED 的调光可以进一步提高 LED 的节能效果，而 LED 的可控硅调光具有易于实现和使用方便等一系列优点，下面介绍 LED 可控硅调光控制的工作原理、特点和应用时需注意的有关问题。1、LED 市场与技术进展由于白炽灯的发光效率低，所以世界各国政府纷纷制定了如图 1 所示淘汰白炽灯的时刻表，而 LED 的发光效率高和工作寿命长的一系列优点使 LED 照明得到了广泛的应用，LED 的性能和发光效率不断提升，LED 有关技术指标进展预测如表 1 所示。图 1 世界各国淘汰白炽灯的时刻表2 照明调光调光具有节能的优点，照明调光在应用中有很好的市场，相对白炽灯/气体放电灯，LE

2、D 的调光节能效果更明显。白炽灯/气体放电灯调光工作时灯的工作效率有明显下降，而 LED 调光的发光效率会提高，这主要是由于在低发光亮度时通过 LED 的正向电流较小，在有关回路电阻成份上的损耗降低的原因。照明调光不仅节能，照明调光还可以改变空间视觉效果，从而影响人的行为模式。但是，LED 调光电路的设计对 LED 调光的性能发挥有很重要的影响。高性能调光器受到用户的欢迎，下面讨论 LED 可控硅调光的有关问题。2.1 LED 调光LED 由于具体很好的演色性、发光效率、体积小、低工作电压和工作寿命长的一系列优点得到了很好的应用，然而，调光控制标准化对 LED 调光应用的推广很重要。由于白炽灯

3、的可控硅调光得到了很好的应用，LED 调光应和可控硅调光能很好地配合使用，以利用现有的白炽灯可控硅调光器。LED 用于替代通用白炽灯照明，LED 调光和 LED 的发光颜色、LED 的光输出、LED 的发光效率(调光曲线)等因素有关;有关调光控制方法(例如 0-10V，DALI等有关控制协议)、散热管理、驱动方案、拓扑架构和已有的基础设施等因素对LED 调光的工作状态和调光控制性能有很大的影响。2.2 LED 调光性能由于人们用惯了白炽灯可控硅调光器，所以 LED 调光器应能兼容可控硅调光器，并应考虑以下技术指标：(1)调光范围调光范围常用最大亮度值的百分比表示，例如 X%XX%。在实用中，随

4、着灯发光亮度的降低人眼瞳孔会放大，这样人眼接收的光线并不很快随灯发光亮度的降低而降低，如表示为最大发光亮度级的百分数，则人眼接收的光是测得光百分数的均方根值。例如，测得调光电平为最大发光值的 10%，则人眼接收的光为的最大发光值，即所谓的心理物理学定律。(2)在整个调光范围应平滑调光变化。(3)灯在最低调光电平时启动灯发光应很快达到预定的发光值。(4)达到预定的调光电平后 LED 灯发光应稳定，不应有发光闪烁现象。(5)在整个调光范围内，LED 灯、LED 驱动电源和调光控制器不应有可闻噪声。(6)运动控制/有无人检测/光电检测等部件能控制 LED 灯的工作。2.3 工作可靠性调光对大部分光源

5、而言，可以延长其使用寿命，因为在低发光亮度下灯的功耗和发热降低了，有利于提高光源的使用寿命。温度对电子元器件的寿命有重要的影响，低温对延长电子元器件的寿命有帮助，LED 灯为灯和电子元器件的一体的灯，所以整体灯的寿命受寿命最短的电子元器件的寿命制约，调光有利于降低 LED 灯的温度，有利于 LED 灯的光通量维持率和延长 LED 灯的使用寿命。3 相控调光相控调光最早用于白炽灯调光，相控调光的主要优点是使用、安装方便。LED相控调光的频率应不低于 100Hz，以避免人眼感到发光闪烁，相控导通角越大则 LED 的发光亮度越大，相控半导体器件可用可控硅、场效应晶体管或有关半导体器件。由于现有的调光

6、器被设计用于白炽灯(近似电阻负载，功率大多在 20W 和 50W 之间)，因此需要一些额外的电路才能允许它们用于 LED 照明系统。目前，市场上还没有白炽灯调光器标准，因此目前市场上有大量不同性能和参数值的调光器。3.1 前沿相控调光前沿相控调光(前相调光)由于电路实现简单所以得到了广泛的应用，开关器件常用可控硅，通过控制可控硅的导通角来控制输出的交流电有效值，从而达到调光控制，典型可控硅前沿相控调光电路原理图如图 2 所示。在图 2 中，可调电阻 VR4 和电容 C23 构成移相电路。当 C23 两端的电压达到或超过 DIAC(DB3) 的击穿电压时，C23 电荷通过 DB3 部分注入双向可

7、控硅 T2，双向可控硅 T2 被触发导通。双向可控硅 T2 的最低门触发电流(IGT)使双向晶闸管导通。它还要求有一个最低的维持电流来维持双向可控硅的导通，当电流低于维持电流时，双向可控硅T2 被关闭。可控硅前沿相控调光调光波形图如图 3 所示，前沿相控调光常用于白炽灯和卤钨灯调光的应用场合，由于在低调光亮度时通过可控硅的电流减小，如调光亮度很低，通过可控硅的电流低于可控硅的维持导通电流时就不能再调光，否则可控硅关断，这对低调光亮度 LED 调光可能是个问题。相控后沿和前沿调光器特点如表 2 所示。4 评价可控硅相控 LED 可调光系统时需注意的有关问题常见评价可控硅相控 LED 可调光系统时

8、需注意的有关问题如下。4.1 100%光输出当调光器调至 100%位置时和不可调光输出时光输出衰减了多少?4.2 最大调光级4.2 最大调光级可调光 LED 照明系统的最大调光级是多少?4.3 调光器的物理调节范围和光输出特性(1)调光器的物理调节范围是多少?相应 LED 的调光范围是多少?(2)在关断调光器前，在低光输出调节区间的调光光输出不变的物理调节范围是多少?(3)调光器的物理调节位置、光输出和加到 LED 灯负载上的电压有效值(相位角、导通时间、占空比等)是否有关系?4.4 调光器可调光的 LED 数量范围/最低负载(1)调光器可正常调光的 LED 负载数量范围是多少?(2)白炽灯可

9、控硅调光器可带的最小负载和可控硅的维持电流有关，在最低 LED调光亮度时 LED 的最小工作电流能否满足可控硅的维持电流要求?4.5 浪涌电流对白炽灯可控硅调光而言，它的浪涌输入电流和白炽灯灯丝的冷电阻有关，对LED 调光负载时这个浪涌输入电流值要比白炽灯可控硅调光要小，以确保可控硅调光电路可靠工作。4.6 重复峰值电压可控硅的耐压值有限，使用时应确保 LED 应用时的重复峰值电压低于白炽灯可控硅调光器的重复峰值电压，以确保可控硅调光电路可靠工作。4.7 最小调光范围在可控硅调光器的最低调光位置 LED 是否还导通。4.8 LED 不发光的调光位置在实用中，在可控硅调光器由最大到最小或由最小到

10、最大调光时有可能在调光器的中间某个位置 LED 不工作，这个 LED 可控硅调光器是否有这种现象?4.9 导通延迟时间(1)LED 可控硅调光器的最大导通延迟时间是多少?(2)LED 可控硅调光器的导通延迟在调光器的什么位置出现?(3)导通延迟和调光级是否有关?(4)当不同的 LED 产品接至 LED 可控硅调光器时这个导通延迟时间是否变化?调光时是否会产生调光“爆米花”效应(调光光输出闪动)?4.10 调光闪烁在 LED 可控硅调光器调光时是否有调光闪烁?在 LED 可控硅调光器调光时是否有频闪效应?4.11 变色在 LED 可控硅调光器调光时是否有 LED 发光颜色改变?如有颜色变化如何?4.12 可闻噪声LED 可控硅调光器调光时是否有可闻噪声?LED 可控硅调光器调光时可闻噪声的出现是否和某些因素有关(例如，LED 可控硅调光器带的 LED 灯的数量和 LED 可控硅调光器调光位置等因素有关)?5 小结由于可控硅调光易于使用，符合人们的使用习惯，所以推广 LED 可控硅调光有很好的市场前景。但是，在 LED 调光的应用场合，可控硅调光在电路的功率因数、调光闪烁等调光性能和造价等方面还需进一步做出努力，以扩大可控硅调光在 LED 照明调光的应用范围。