名家講解:【LED調光】課堂開課了!
發布時間:2014-11-21 責任編輯:echolady
【導讀】從LED的de特te性xing來lai講jiang,固gu態tai照zhao明ming能neng夠gou平ping滑hua的de調tiao光guang,但dan是shi如ru果guo為wei了le兼jian容rong傳chuan統tong調tiao光guang技ji術shu,就jiu很hen容rong易yi出chu現xian問wen題ti。調tiao光guang的de本ben質zhi是shi相xiang位wei控kong製zhi器qi暫zan時shi的de切qie斷duan輸shu入ru電dian壓ya來lai減jian少shao向xiang光guang源yuan輸shu入ru的de功gong率lv。因yin為wei每mei一yi次ci切qie斷duan輸shu入ru電dian流liu都dou發fa生sheng在zai交jiao流liu正zheng弦xian波bo中zhong,它ta們men也ye被bei稱cheng為wei切qie相xiang調tiao光guang器qi。本ben文wen就jiu由you名ming家jia來lai為wei大da家jia深shen度du解jie析xi關guan於yuLED調光的相關知識。
調tiao光guang經jing常chang用yong於yu酒jiu店dian和he劇ju院yuan,用yong來lai營ying造zao氣qi氛fen,創chuang造zao親qin密mi的de感gan覺jiao,愉yu悅yue食shi客ke和he觀guan眾zhong。對dui於yu會hui議yi室shi和he報bao告gao大da廳ting來lai說shuo,調tiao光guang還hai可ke以yi降jiang低di能neng耗hao和he增zeng強qiang空kong間jian的de功gong能neng。盡jin管guan調tiao光guang得de到dao大da範fan圍wei應ying用yong,但dan調tiao光guang器qi配pei合he傳chuan統tong光guang源yuan使shi用yong時shi仍reng然ran存cun在zai一yi些xie問wen題ti,比bi如ru降jiang低di白bai熾chi燈deng的de效xiao能neng,損sun害hai熒光燈的壽命。
固態照明係統與技術聯盟(ASSIST)組織者,照明研究中心(LRC)主管,Nadarajah Narendran說:當今安裝的大部分調光係統都是相位控製器。它們最初是針對白熾燈設計的,通過切斷每半個工頻周期內的輸入電流來減少光輸出。
切相調光器每秒鍾切斷120ci,huozheqieduancishudengyujiaoliudianchuandidianligeishudianxiandepinlv。youyubaichidengdewusijiarehelengquedesudubijiaoman,suoyirenyankandaodeguangyuanliangdushiyihengdingdeshuipingxiajiangde。qieduandeshijianyuechang,dengyuean。
並不是所有相位控製器都從交流正弦波的同一方向切斷。三端雙向可控矽器件(TRIAC)yongyubaichidenghelusudengtiaoguang,tacongzhengxianbodeqianxiangkaishiqieduan,zaiqieduandianweizhi,shurudianyagangguoling,shurudianliugangfanxiang。yinci,tayebeijiaozuoqianxiangkongzhitiaoguangqi,qianxiangkongzhitiaoguangqihuizaikaishidaotongdeshihouchanshengdianliujianfeng,cijianfengdianliuhuiyinqifengmingshenghezengjiadianziqudongqideyali。
反(fan)相(xiang)控(kong)製(zhi)調(tiao)光(guang)器(qi)可(ke)以(yi)避(bi)免(mian)上(shang)述(shu)問(wen)題(ti),因(yin)為(wei)它(ta)是(shi)從(cong)交(jiao)流(liu)正(zheng)弦(xian)波(bo)的(de)後(hou)半(ban)部(bu)分(fen)或(huo)者(zhe)說(shuo)是(shi)後(hou)沿(yan)開(kai)始(shi)切(qie)斷(duan)調(tiao)光(guang)器(qi)。反(fan)相(xiang)控(kong)製(zhi)調(tiao)光(guang)器(qi)在(zai)輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)剛(gang)改(gai)變(bian)方(fang)向(xiang)時(shi)導(dao)通(tong),它(ta)允(yun)許(xu)電(dian)壓(ya)逐(zhu)漸(jian)升(sheng)高(gao),然(ran)後(hou)在(zai)下(xia)一(yi)個(ge)半(ban)周(zhou)期(qi)內(nei)切(qie)斷(duan)它(ta)。反(fan)相(xiang)控(kong)製(zhi)調(tiao)光(guang)器(qi)也(ye)被(bei)叫(jiao)做(zuo)電(dian)子(zi)低(di)壓(ya)(ELV)調光器,用於提高使用電子變壓器的鹵素燈的性能。

LED怎麼調光?
作為恒流源,LED天生就可以調光。流過LED燈珠的電流決定了光的輸出。它們的亮度可以很簡單地通過控製貼在襯底上的半導體材料層的通電電流來調節。
在美國能源署(DOE)建築技術辦公室負責照明項目的經理詹姆斯.布羅德裏克說:LED不像傳統光源,調光並不會影響LED的效率和壽命。事實上,調光可以降低它們的工作溫度,進而延長LED的壽命。
此外,LED的調光範圍比緊湊型熒光燈和高強度放電燈更廣。相比於緊湊型熒光燈10%~30%的調光剩餘(數據來源於美國電氣製造協會NEMA),高強度放電燈30%~60%的調光剩餘(數據來源於美國照明產品信息工程NLPIP),LED的調光剩餘能做到輸出全載的1%以下。
任何LED器件,如果要做成替換光源或者LED燈具,都需要一個驅動器才能實現調光。因為LED都是低壓直流源,LED需要電子驅動器把交流轉換成可利用和可調節的直流電流。這些驅動器分為兩種調光方式。
在脈寬調製(PWM)方式中,通過LED的電流以很高的頻率通斷,“通常是每秒幾千次”,通過LED的電流就等於LED開關周期內的電流平均值。通過減少LED的通電時間可以降低平均電流或者有效電流,進而降低LED的亮度。
LED和傳統光源一樣,也可以通過以電流恒定降低(CCR)方式調光,或者叫做模擬調光。CCR保持光源有連續的電流,但是通過減小電流幅值來實現調光。“光輸出正比於通過LED器件的電流,”Narendran 說。
PWM和CCR各有優缺點。PWM應用更廣泛,調光範圍也更廣,可以做到光輸出的1%以下,且不管LED在額定電流、最大電流,還是零電流下工作,都可以避免色漂現象。因為PWM調光使用快速開關通斷的方式,所以它需要更複雜更昂貴的電子驅動設備來產生足夠高頻率的電流脈衝來防止產生人眼可察覺的閃爍。
CCR調光方式更高效簡單,因為它所需的驅動設備更簡單更便宜。不像PWM,CCR不會產生由高頻開關引起的電磁幹擾EMI。此外,CCR允許驅動器放在離光源更遠的地方,這對LED替換光源或對內部空間有限的緊湊型燈具很有利。
但是,CCR不適合應用在調光要求10%以下的場合。在非常低的電流情況下,LED無法正常工作,光輸出也不穩定。
[page]
兼容性問題
盡管驅動器決定著LEDchanpinshifounengtiaoguang,danqudongqidexingnengbiaoxianzhuyaoqujueyuyutiaoguangqidejianrongxing,ruxiangweikongzhitiaoguangqi。ruguoyaotiaoguang,qudongqideshejibixunengpipeitiaoguangqidetiaoguangxinhao。
傳統燈具的很多調光技術也能應用在LED上。包括0到10V模擬調光,DALI(數字可尋址照明接口)調光,DMX調光,和“其他從交流母線電壓中分離調光信號的技術”,Brodrick表示。
對(dui)載(zai)有(you)調(tiao)光(guang)信(xin)息(xi)的(de)調(tiao)光(guang)器(qi)安(an)裝(zhuang)專(zhuan)線(xian)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)調(tiao)光(guang)兼(jian)容(rong)性(xing),因(yin)為(wei)專(zhuan)線(xian)使(shi)得(de)調(tiao)光(guang)器(qi)跟(gen)燈(deng)具(ju)之(zhi)間(jian)僅(jin)有(you)很(hen)少(shao)或(huo)者(zhe)沒(mei)有(you)相(xiang)互(hu)幹(gan)擾(rao)。然(ran)而(er),這(zhe)種(zhong)調(tiao)光(guang)係(xi)統(tong)更(geng)複(fu)雜(za)更(geng)昂(ang)貴(gui),這(zhe)也(ye)是(shi)它(ta)們(men)為(wei)什(shen)麼(me)常(chang)見(jian)於(yu)商(shang)業(ye)應(ying)用(yong)而(er)非(fei)住(zhu)宅(zhai)應(ying)用(yong)的(de)原(yuan)因(yin)。
最常見的相位控製器是TRIAC調光器。NEMA估計在美國有1500萬家庭安裝這種調光器,由於白熾燈的禁用,這意味著大量舊的調光器等著LED燈具去替換白熾燈。不幸地是,LED與TRIAC的兼容性是個問題。
兼容性不好的原因之一就是白熾燈和LED供(gong)電(dian)方(fang)式(shi)存(cun)在(zai)差(cha)異(yi)。白(bai)熾(chi)燈(deng)通(tong)過(guo)簡(jian)單(dan)的(de)阻(zu)性(xing)負(fu)載(zai)從(cong)電(dian)網(wang)獲(huo)得(de)電(dian)力(li)產(chan)生(sheng)光(guang),電(dian)流(liu),電(dian)壓(ya)和(he)亮(liang)度(du)之(zhi)間(jian)的(de)關(guan)係(xi)是(shi)線(xian)性(xing)和(he)直(zhi)接(jie)的(de),電(dian)壓(ya)的(de)變(bian)化(hua)與(yu)電(dian)流(liu)成(cheng)正(zheng)比(bi)。
LED與白熾燈不同。LED依靠驅動電路提供恒定的電流,並確保合適的功率和電壓,他們與TRIAC的相互作用是不可預料的。例如,在低調光水平,恒流或恒壓設計的LED驅動器可能會通過從電網獲得更多電流來補償切相部分——或者交流正弦波的中斷,使LED保持亮度,或者導致閃爍。
此外,並不是所有驅動架構都是一樣的。不同的電路意味著抽取功率、將其轉換並輸出的方式也不同。因此,TRIAC與LED匹配“有(you)可(ke)能(neng)正(zheng)好(hao)湊(cou)效(xiao)也(ye)有(you)可(ke)能(neng)不(bu)行(xing)。另(ling)外(wai),也(ye)許(xu)一(yi)個(ge)燈(deng)接(jie)一(yi)個(ge)調(tiao)光(guang)器(qi)時(shi)工(gong)作(zuo)正(zheng)常(chang),但(dan)當(dang)多(duo)個(ge)燈(deng)通(tong)過(guo)並(bing)聯(lian)的(de)方(fang)式(shi)接(jie)一(yi)個(ge)調(tiao)光(guang)器(qi)時(shi),比(bi)如(ru)枝(zhi)形(xing)吊(diao)燈(deng)裏(li),可(ke)能(neng)就(jiu)不(bu)能(neng)很(hen)好(hao)的(de)調(tiao)光(guang)。
這種現象是存在的。建議避免把不同的LED接在同一個調光器上,因為這些LED燈的驅動器設計是不一樣的。
TRIAC的接線方式進一步加劇了兼容問題。現在市麵上或已經安裝的調光器大多數都是兩線的;也就是說,一根導線在供電的同時還要傳送調光電壓或者調光信號。這會幹擾LED器件和調光器的功能,Brodrickshuo。tiaoguangqi,youqishinaxiejuyoufujiagongneng,ruyeguangdengheguangdengjixianshidetiaoguangqi,jibianzaidengguanmiedeshihou,neibudianlurengranxuyaotongdiangongzuo,jinguangonglvhenxiao。
對於白熾燈來說,這是可以在不觸發光源的情況下實現的。但是,LED不需要太多電力就能點亮,因此即便少量的電力,也可能造成LED閃爍。飛利浦全球室內照明係統美洲事業部產品和市場高級經理Michael Skurla說。
LED驅動器與TRIAC之間的不兼容會導致許多問題,其中六個問題如下:
突亮:當調光器旋鈕從完全關閉開始慢慢旋轉上升時,LED光源突然完全導通。
驟降:當調暗時,光源完全關閉。
死區:當改變調光器導通角時,光輸出卻不跟隨改變。
殘影:當調光器完全關閉時燈仍然微亮。
噪聲。
閃爍。
閃爍、調光和色漂是專家和消費者對固態照明持謹慎態度的主要原因。但是,照明行業正在從各個方麵去解決調光問題。
去年發布的《NEMA SSL 7A-2013固態照明的切相調光:基本兼容性》試圖通過製定調光器和LED產品的設計和測試準則來使LED切相調光兼容性問題降至最低。
然而,標準隻是針對未來的技術,而不是試圖規範過去的調光及照明設備。

圖2:本例調光曲線光輸出的變化率是調光範圍的函數,以上所有元素並不一定要出現在產品調光配置文件中。
調光的正確方法
照明工業還開發了協議以促進市場統一。Ledotron是歐洲推出的一個開放的數字標準,其目的是使那些針對緊湊型熒光燈CFL和LED光源設計的係統能穩定的實現調光性能。這個標準緣起於幾個歐洲製造商之間的合作,包括歐司朗和施耐德電氣。
在北美,ZigBee聯盟的ZigBee light link是LED產品實現無線調光和控製的標準。為了消費者方便,具有即插即用功能和互用性的照明和照明控製產品可以獲得由ZigBee蓋章確認其資格的Light Link認證。
照明研究中心(LRC)2013發布的《ASSIST推薦...調光:一份技術中立的定義》提出無論光源類型,調光的性能標準應該確保最終用戶的視覺舒適度和滿意度。它設置了最小和最大光水平(分別為5%和90%)、調光評估文件,並且涵蓋了死區、閃爍和係統效率等問題。
實際應用中,LED調光可以通過采取一些預防措施來使問題最小化。首要的,LED產品設計者應該為設計的LED指定調光控製器。尋找製造商推薦的每款LED產品的光源與調光器組合,或者兩者兼用。牆內安裝的,Brodrick建議采用符合NEMA SSL-7A的調光器和LED光源。
設計者應該在設計期間模擬測試所有的調光情況,“包括所有的LED光源和調光器,都應該在整個調光範圍內進行測試。”如果模擬不可實施,則需要提供一個LED光源與調光器組合的證明,並且這個證明信息須確保不超過6個月。
當LED燈用相位控製器調光時,設計者應該對調光器的最大額定負載(通常用瓦特表示)降額使用,來盡量減少調光器的壓力。盡管LED比與之對應的白熾燈更加高效,但決定連接到一個調光器上的LED數量時,並不能簡單的用這個調光器的最大額定負載來除以單燈功率。
相反,需要降額使用以適應由驅動器引起的尖峰。“典型的降額百分比應該是調光器最大額定負載的25%~30%。如果一個調光器的最大額定負載是1000W,則應該降額250W使用。這就可以用來計算一個調光器可容納的最大光源數量。
製造商也正在努力改進LED驅動和調光器的電路,來達到與TRIAC更好的兼容性。有些驅動具有自適應控製功能,這使LED驅動能兼容任何的調光器,但成本也增加更多。因此,盡管調光技術在進步,但要實現最佳的性能還需要一些時間和精力。
相關閱讀:
LED調光電源的電流供應,你了解多少?
LED調光驅動的設計及拓撲的對比分析
一種新型的兩通道PWM的LED調光調色方法
特別推薦
- 噪聲中提取真值!瑞盟科技推出MSA2240電流檢測芯片賦能多元高端測量場景
- 10MHz高頻運行!氮矽科技發布集成驅動GaN芯片,助力電源能效再攀新高
- 失真度僅0.002%!力芯微推出超低內阻、超低失真4PST模擬開關
- 一“芯”雙電!聖邦微電子發布雙輸出電源芯片,簡化AFE與音頻設計
- 一機適配萬端:金升陽推出1200W可編程電源,賦能高端裝備製造
技術文章更多>>
- 貿澤EIT係列新一期,探索AI如何重塑日常科技與用戶體驗
- 算力爆發遇上電源革新,大聯大世平集團攜手晶豐明源線上研討會解鎖應用落地
- 創新不止,創芯不已:第六屆ICDIA創芯展8月南京盛大啟幕!
- AI時代,為什麼存儲基礎設施的可靠性決定數據中心的經濟效益
- 矽典微ONELAB開發係列:為毫米波算法開發者打造的全棧工具鏈
技術白皮書下載更多>>
- 車規與基於V2X的車輛協同主動避撞技術展望
- 數字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創新應用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
微波功率管
微波開關
微波連接器
微波器件
微波三極管
微波振蕩器
微電機
微調電容
微動開關
微蜂窩
位置傳感器
溫度保險絲
溫度傳感器
溫控開關
溫控可控矽
聞泰
穩壓電源
穩壓二極管
穩壓管
無焊端子
無線充電
無線監控
無源濾波器
五金工具
物聯網
顯示模塊
顯微鏡結構
線圈
線繞電位器
線繞電阻



