LED调光技术，你知道多少？
来源： 作者： 时间：2018-06-01 浏览次数：
那种LED调光技术方法最好?曰：模拟和数字调光从节能的角度说没有可比性，从使用的效果上各有各的长处，使用者要根据使用场合和成本上考虑。数字调光是LED驱动技术发展的一大方向，在技术实现上,模拟调光在替换方案中优势明显，而数字调光更符合人们对LED调光精度、效率以及效果的要求。
经过上面的三问三曰， 为各位展开我们今天的话题：遇到LED调光，你知道多少?
1：线性调光，即通过调节LED正向电流的大小调光，此方法是比较原始的一种。
改变通过LED的电流大小，来改变LED的亮度， LED输出输出相对光强和正向电流的关系几乎是正向线性的。如图1。在照明电路中由一个可变电阻进行调光。应用非常简单，也不会产生干扰，但其分压原理是让电能不完全用在灯具(电器)上，没有效率可言。调暗灯光时，调光电阻因分压过多而产生大量的热能，造成能源的浪费和环境的劣化
图1 电阻式调光
对于3W的大功率LED灯柱来说，以350mA时的光输出作为100%，那么200mA时的光输出就大约是60%，100mA时大约是25%。所以调电流可以很容易实现亮度的调节。
这种原始的调光，其缺点也是比较大的，主要是1：用调正向电流的来调亮度，在调亮度的同时也改变光谱和色温。因为目前白光LED都是用兰光LED激发黄色荧光粉而产生，当正向电流减小时，蓝光LED亮度增加而黄色荧光粉的厚度并没有按比例减薄，就会引起彩色的偏移，而人眼对彩色的偏差是十分敏感的。缺点2， LED通常是用DC-DC的恒流驱动电源来驱动的，而恒流驱动源通常分为升压型或降压型两种，正向电流的减小也会引起正向电压的减小。所以在把电流调低的时候，LED的正向电压也就跟着降低。这就会改变电源电压和负载电压之间的关系。调电流会产生使恒流源无法工作的严重问题。
2.模拟调光：即可控硅调光，比较传统的模拟调光方法。
常见的模拟调光有双向可控硅调光、后沿调光、ON/OFF调光、遥控调光等。可控硅调光器在传统的白炽灯等调光照明应用已久，且不用改变接线，装置成本较低，各品牌可控硅调光器的性能和规格相差不大，但是其直接应用在LED驱动场合还存在着一系列问题。
可控硅调光的基本原理如图2：
图2 改变电阻值可得到不同的导通角
这种调光方法比较可靠，是基于普通的白炽灯和卤素灯的可控硅调光原理。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，电流波形永远和电压波形一样，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。
LED可控硅其调光电路原理如下图3：当交流电压加双向可控硅TRIAC两端时，由于Rt、Ct组成的RC充电电路有一个充电时间，电容上的电压是从0V开始充电的，且TRIAC的驱动极串联有一个DIAC(双向触发二极管，一般是30V左右)，因此TRIAC可靠截止。当Ct上的电压上升到30V时，DIAC触发导通，TRIAC可靠导通，此时TRIAC两端的电压瞬间变为零，Ct通过Rt迅速放电，当Ct电压跌落到30V以下时，DIAC截止，如果TRIAC通过的电流大于其维持电流则继续导通，如果低于其维持电流将会截止。电感L和电容C的作用是减小电流和电压的变化率，以抑制电磁干扰EMI问题。
图3 常见的可控硅调光器
可控硅LED调光的缺点是：①进行可控硅调光时输入端的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的驱动电源就会产生音频噪声和闪烁。②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。③不能实现比较宽范围的调光控制，当可控硅导通角较小时，由于此时输入电压和电流均较小，导致维持电流不够或者芯片供电Vcc不够，电路停止工作，使LED产生闪烁。
3.数字调光：即PWM( 脉宽调制)调光，这可是比较时髦调光方式。
玩电子的人都知道， LED就是一个二极管，它可以实现快速开关，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。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PWM(脉宽调制)调光法。
为LED提供脉波电流的方法也称作PWM，LED本身对应流经它们的电流导通及关闭而快速地导通和关闭。开关时间在100奈秒(ns)等级，相当于最大频率10MHz。应用通常以100Hz～100kHz的频率工作。频率低于100Hz时，人眼会观察到LED光闪烁。频率在500Hz～20kHz之间时，电路就有噪声。调光是通过在单个开关周期的某部分时间内将LED导通;在开关周期的其余部分时间内，将LED关闭来实现。这种导通关闭周期称作工作周期(D)，其表达方式为LED导通时间(TON)除以整个开关/导通周期时间(TS)
。
图4 LED的开关周期示意图及工作周期
脉宽调制方式是用较高的频率开关LED，开关频率超出人一般能够察觉的范围，给人一种LED总亮的假象，现在普遍采用脉宽调制方式调节LED的亮度，在某些应用中，调光比可达5 000：1，常用的LED驱动方式有降压型(Buck)、升压型(Boost)、升降压型(Buck～Boost)等3种。
至于PWM的信号的产生，有模拟器件可以产生，比如NE555就可以产生PWM波形，也可以是MCU控制产生，现在各个芯片厂商，都在轰轰烈烈的做很多LED驱动芯片，其中很多芯片都集成PWM和模拟调光两种方式。下面图5是一个集成PWM的调光驱动IC的设计电路框图。
利用PWM进行调光，其对LED灯珠的驱动电流呈方波状，其脉冲宽度可变，经过对脉冲宽度的调制转变为调制LED灯连续点亮的时间，也同时转变了输入功率，从而到达节能、调光的目标。频率跟平常一样大概在200Hz~10KHz;因为人的眼睛视觉的滞后性，不会感觉得到光源在调光过程中产生的闪耀现象。此种调光方法的好处是能改善LED的散热性能，
PWM对LED调光的缺陷是驱动电流的过冲对LED芯片的寿命肯定有一定的影响)
总的来说，线性通常可以很简单的来实现。但是由于LED光的特性要随着平均驱动电流而偏移。对于单色LED来说，其主波长会改变。对白光LED来说，其相关颜色温度(CCT)会改变。用PWM调光则保证了LED发出设计者需要的颜色。PWM调光也可以提高输出电流精度。模拟调光会降低输出电流的精度。通常来说，相对于模拟调光，PWM调光可以精度大于线性控制光输出。
从节能来说，线性调光肯定是不效率底下，而模拟调光和PWM调开篇已经提到光没有可比性。因为PWM是保证CCT和颜色情况下测定电流(光强)，模拟调光则是不存在这个前提。如果要牺牲这个前提来考虑节能的话，需要实测数据。但估计在实现同等照度的情况下，PWM会有优势。
从调光响应时间来说，PWM调光由于其响应速度快，并且能够更加精确地调光。在实际使用中应用得最为广泛
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