马煜程
深圳市奥拓电子股份有限公司
摘要：全球能源危机引发了人们对于环保节能的新思考，LED这种高效节能的绿色新型照明光源正是一种时代化的产物。随着LED在显示屏、通用照明、汽车照明等方面的广泛应用，LED的节能优势日益凸显，LED的供电电源普遍采用了成熟的开关电源技术，发展空间不大。为了进一步挖掘LED的节能潜力，调光技术自然而然成为了LED照明驱动技术发展的主流方向。
关键词：LED;调光;PWM;可控硅;模拟;通信技术
引言
传统照明光源的诸多缺点制约了现代社会对照明的需求。具有可控光线方向、良好驱动性能、使用寿命长、发光效率高、低能耗、环保、响应迅速、抗震性强、应用灵活等优点的LED照明取代传统照明已在世界范围内快速推广。生活中一些区域场所的照明具有分时段的特点，比如城市路灯多采用"半夜灯"的管理模式，这种模式虽然可以减少电能浪费，却带来了另外一个问题---无法满足城市道路统一照明值标准，或明或暗的不均匀照明环境会给过往车辆和路人带来安全隐患。而LED调光技术能够满足人们对不同时段、不同用光环境的照明需求，是目前照明技术的一个研发方向。
1LED调光技术
1.1LED的调光优势及对LED调光的基本要求
与荧光灯和HID灯比较，LED是最理想的在调光状态下工作的人造光源。LED在很大的工作范围内，其光输出与工作电流成正比，因此可以采用降低LED工作电流的方法对LED进行调光，而且可以在不损害其寿命的前提下实现大范围的调光。为避免频繁开、关对LED造成大的影响，比较适合采用脉冲宽度调制(PWM)方法对LED进行调光。但是，与带有传统调光器的白炽灯相比，LED照明存在兼容性差的缺点。传统调光器只适用于驱动白炽灯这种纯电阻性负载，将其用于LED调光，是一件很有挑战性的工作。对LED进行调光的基本要求如下:①调光范围足够大，并且在整个调光范围内保证LED色调一致，无色偏;②无闪烁;③不影响主电路的正常操作和性能;④保证调光控制电路和装置与主电路之间的隔离绝缘，符合相关标准规定的安全要求;⑤较大的亮度范围，能有明显的从暗淡到明亮的变化感受，这样能满足人们的各种亮度需求;⑥光线调整的控制成本在驱动芯片成本中占能接受的比例，不能太高;⑦没有人们能感受到的噪声存在。
1.2PWM调光
LED的平均电流是LED电流的最大值和调光功能的占空比的乘积。PWM调光是在短时间内打开和关闭LED电流。开/关频率必须比眼睛能够感知的频率更快，以免引起闪烁效应(通常超过100Hz)，PWM调光可以通过多种方式实现:①通过PWM信号直接控制;②通过集电极开路晶体管进行控制;③通过微控制器(MCU)产生的PWM信号进行控制。
1.3可控硅调光
可控硅调光通过控制可控硅的导通角，将电网输入的正弦波电压斩掉一部分，以降低输出电压的平均值，控制灯电路供电电压，从而实现调光。
1.4模拟调光
模拟调光也称为幅度调制(AM)调光。模拟调光可利用直流电压信号使LED驱动器的输出电流连续地变化，从而实现对LED的线性调光。其特点是调光信号为模拟量，并且输出电流是连续变化的，使LED的亮度能连续调节。美国Cree公司研发的白光LED(型号XLampXP-G)，。 当正向电流IF为350mA时的相对光通量约为100%，800mA的相对光通量约为210%，1000mA的相对光通量约为250%等等，由此判断出相对光通量与正向电流的关系近似线性变化关系，故可以通过调节驱动电流的方法实现亮度调节。
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2LED调光技术
在对照明灯具控制的研究中，开关控制和调光控制是最主要的两种技术。实际上，开关控制技术的"开"和"关"控制就是调光控制中的两个极端，从这个意义上讲开关控制也可属于调光控制范畴。常用的调光技术因电光源技术性能的不同可分成前沿相控调光，后沿相控调光和正弦波电压调光三种。作为一种恒流源光源，LED的调光方法也由以上几种技术发展而来。LED的亮度和驱动电流几乎成正比，对于采用不同电源类型的LED灯有不同的调光方式。目前，LED照明驱动器使用的调光技术主要有线性调光、脉冲宽度调制（PWM）调光和可控硅调光三种。对于采用直流电源的设备，最简单的调节LED亮度的方法就是调节经过LED的正向电流。线性调光技术是利用分压原理，通过连续的线性的方式，调整经过LED的电流，来改变灯的发光亮度，这种方法可在较大范围内调整LED的亮度。可控硅调光技术是一种前沿相控调光，它是基于目前LED照明替换市场潜力巨大的现状而产生的技术。目前各生产商家从替换灯具的可行性角度出发，在已有的可控硅调光技术上，针对其对LED进行调光时产生的100Hz频闪、稳定性差、负载过热、不同可控硅调光工作范围不一致等问题进行技术改进，以期实现LED对传统灯具的平稳过渡。脉冲宽度调制调光（PulseWidthModulation，PWM）即正弦波电压调光方式，是利用LED可以快速开关的特性，在控制电路上增加一个额外的脉冲宽度调节信号源，将电源改成脉冲恒流源，将电源方波数位化，并控制方波的占空比，从而达到控制电流的目的。
3可控硅调光技术
可控硅调光技术在此之前主要应用在白炽灯和卤素灯的调光中。由于白炽灯和卤素灯是纯阻性灯具，并不要求电压输入波形是标准的正弦波，只要有效值能够连续可调，就可以实现调光。这一种调光方式设计在电源输入端，是用可控硅调整波形的导通角来实现电压可控硅的调光方式不能完全符合LED这种非线性光源的物理特性，还存在诸多问题。例如由于可控硅破坏了正弦波波形，会降低功率因数并产生大量的高次谐波；会产生比较严重的干扰信号；对于要求精度很高的LED电源来说，还会引起LC滤波器振荡，导致音频噪声和闪烁等。尽管可控硅调光存在诸多的问题和缺陷，却无法忽略其市场应用的优势，由于大部分荧光灯、卤素灯的调光器均采用的可控硅，在进行LED灯源替换时，就必须解决LED与其的兼容性。因此国外很多生产LED驱动IC的厂商都开发出了可以兼容现有可控硅调光的IC来。随着LED调光系统的不断发展，以及替换市场的逐渐没落，可控硅调光这种不能很好配合LED灯发展的技术也会逐渐没落。
结语
未来对LED调光技术的设计应该更多考虑人的舒适度、生物安全、应用成本、组件数量、调光范围、待机功耗、功率因数、体积大小等因素来设计更加智能化、物联网化的LED调光产品，更多采用具有智能控制效果的半导体芯片针对应用的智能化需求来进行综合设计。随着互联网和通信技术的发展，远程和短程遥控将会广泛地应用于LED调光领域，人们将会研究出更便捷、简易、节能、高效、绿色的LED调光技术。
参考文献
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论文作者:马煜程
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
标签：调光论文; 可控硅论文; 技术论文; 电流论文; 亮度论文; 电压论文; 光通量论文; 《中国西部科技》2019年第21期论文;