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LED照明可控硅调光

来源: 远洋 时间:2012-09-26
  普通的白炽灯和卤素灯通常采用可控硅来调光。因为白炽灯和卤素灯是一个纯电阻器件,它不要求输入电压一定是正弦波,因为它的电流波形永远和电压波形一样,所以不管电压波形如何偏离正弦波,只要改变输入电压的有效值,就可以调光。

    然而可控硅调光对LED照明光源的调节会产生意想不到的问题,那就是输入端的LC滤波器会使可控硅产生振荡,这种振荡对于白炽灯是无所谓的,因为白炽灯的热惯性使得人眼根本看不出这种振荡,但是对于LED照明的驱动电源就会产生音频噪声和闪烁。另外可控硅调光会破坏正弦波的波形,从而降低了其功率因素值(通常低于0.5),因此可控硅调光大大降低了LED照明的系统效率。而且可控硅调光的波形加大了谐波系数,非正弦的波形会在线路上产生严重的干扰信号(EMI)污染电网,严重的会使电网瘫痪。

    读到此处,你可能会问:“降低电压或电流及可控硅调光方式都不适合LED照明光源调光,那么什么方式才是最合适的呢?”。

    模拟调光面临着一个严峻的挑战,这就是输出电流精度。几乎每个LED照明驱动都要用到某种串联电阻来辨别电流,而模拟(1-10V)调光驱动中的容差、偏移和延迟导致了一个相对固定的误差, 这样就会反过来降低输出电流的精度,最终输出电流无法指定、控制或保证。因此保证LED光源的调光效果,其中重要的一点是在一个闭环系统中降低输出电流误差,提高电流精确度。

    PWM(脉宽调制)调光方式可以很好的解决以上问题,因为LED照明是一个二极管,它可以实现快速开关,它可允许的开关速度可以高达微秒以上,是任何发光器件所无法比拟的。因此,只要把电源改成脉冲恒流源,用改变脉冲宽度的方法,就可以改变其亮度,这种方法称为脉宽调制(PWM)调光法。这种调光方式就像一个以高达微秒以上开关的水闸,由于该水闸开关频率很快,快到我们无法用肉眼识别其开关的状态,其结果是我们只能够通下游水量的多少,才能识别其开关频率的快慢。另外由于该水闸改变的是输出水流的占空比(水流有效流量),不改变水流的瞬间水压及瞬间流量,因此该水闸的高达微秒以上开关动作不会影响水力发电的工作,因为瞬间水压及瞬间流量不变,改变的是下流的水量及发电的总量。因此,以此类推PWM(脉宽调制)调光方式不改变输入LEDPN结的瞬间电压及瞬间电流,改变的是输出电流的占空比,从而改变其亮度。

    因此,LEDPWM(脉宽调制)调光方式还有以下的优点:

    1、不会产生任何LED色谱偏移,因为LED始终工作在满幅度电流和0之间。

    2、有极高的调光精确度,因为脉冲波形完全可以控制到很高的精度,所以很容易实现万分之一的精度。

    3、即使在很大范围内调光,也不会发生闪烁现象。因为不会改变恒流源的工作条件(升压比或降压比),更不可能发生过热等问题。

    4、可以和数字(DALI/DSI/DMX 512)控制技术相结合来进行控制,因为数字控制信号很容易变换成为一个PWM信号。

    虽然LED PWM(脉宽调制)调光方式有很多优点,但是需要注意以下两个问题:

    1、脉冲频率的选择,因为LED照明是处于快速开关状态,假如工作频率很低,人眼就会感到闪烁。为了充分利用人眼的视觉残留现象,它的工作频率应当高于100Hz,最好为200Hz。

    2、消除调光引起的啸声,虽然200Hz以上人眼无法察觉,可是一直到20kHz却都是人耳听觉的范围。这时候就有可能会听到丝丝的声音。解决这个问题有两种方法,一是把开关频率提高到20kHz以上,跳出人耳听觉的范围。另一种方法是找出发声的器件而加以处理。

    目前已经有些生产LED照明可调光电源,驱动器及数字控制系统的厂家已经很好得解决了上述问题,如锐高(Tridonic)公司的LED照明可调光电源及驱动器都采用PWM(脉宽调制)调光技术,其控制信号均采用DALI(数字可寻址的照明接口)技术,并结合数字照明控制系统,实现全数字化的LED控制产品线。另外TRIDONIC(锐高)最新的基于PL-LED技术的LED光引擎产品(图3)。PL-LED是指TRIDONIC的LED荧光粉创新技术,该技术可以实现在同一LED光源内颜色及色温的变化,同时可以通过软件选定固定的色温(例如:2700K-6200K)或颜色并进行调光控制,目前LED应用数字调光技术的最高境界。