全方面解析LED的調(diào)光

　2 采用脈寬調(diào)制（PWM）來調(diào)光

　　LED是一個(gè)二極管，它可以實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)。它的開關(guān)速度可以高達(dá)微秒以上。是任何發(fā)光器件所無法比擬的。因此，只要把電源改成脈沖恒流源，用改變脈沖寬度的方法，就可以改變其亮度。這種方法稱為脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)光法。圖7表示這種脈寬調(diào)制的波形。假如脈沖的周期為tpwm，脈沖寬度為ton，那么其工作比D（或稱為孔度比）就是ton/tpwm。改變恒流源脈沖的工作比就可以改變LED的亮度。

圖7. 用改變脈沖寬度的方法來改變LED的亮度

　　2.1 如何實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光

　　具體實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光的方法就是在LED的負(fù)載中串入一個(gè)MOS開關(guān)管（圖8），這串LED的陽(yáng)極用一個(gè)恒流源供電。

圖8. 用PWM信號(hào)快速通斷LED串

　　然后用一個(gè)PWM信號(hào)加到MOS管的柵極，以快速地開關(guān)這串LED。從而實(shí)現(xiàn)調(diào)光。也有不少恒流芯片本身就帶一個(gè)PWM的接口，可以直接接受PWM信號(hào)，再輸出控制MOS開關(guān)管。那么這種PWM調(diào)光方法有那些優(yōu)缺點(diǎn)呢？

　　2.2 脈寬調(diào)制調(diào)光的優(yōu)點(diǎn)

　　1.不會(huì)產(chǎn)生任何色譜偏移。因?yàn)長(zhǎng)ED始終工作在滿幅度電流和0之間。

　　2.可以有極高的調(diào)光精確度。因?yàn)槊}沖波形完全可以控制到很高的精度，所以很容易實(shí)現(xiàn)萬(wàn)分之一的精度。

　　3.可以和數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合來進(jìn)行控制。因?yàn)槿魏螖?shù)字都可以很容易變換成為一個(gè)PWM信號(hào)。

　　4. 即使在很大范圍內(nèi)調(diào)光，也不會(huì)發(fā)生閃爍現(xiàn)象。因?yàn)椴粫?huì)改變恒流源的工作條件（升壓比或降壓比），更不可能發(fā)生過熱等問題。

　　2.3 脈寬調(diào)光要注意的問題

　　1. 脈沖頻率的選擇

　　因?yàn)長(zhǎng)ED是處于快速開關(guān)狀態(tài)，假如工作頻率很低，人眼就會(huì)感到閃爍。為了充分利用人眼的視覺殘留現(xiàn)象，它的工作頻率應(yīng)當(dāng)高于100Hz，最好為200Hz。

　　2. 消除調(diào)光引起的嘯聲： 雖然200Hz以上人眼無法察覺，可是一直到20kHz卻都是人耳聽覺的范圍。這時(shí)候就有可能會(huì)聽到絲絲的聲音。解決這個(gè)問題有兩種方法，一是把開關(guān)頻率提高到20kHz以上，跳出人耳聽覺的范圍。但是頻率過高也會(huì)引起一些問題，因?yàn)楦鞣N寄生參數(shù)的影響，會(huì)使脈沖波形（前后沿）產(chǎn)生畸變。這就降低了調(diào)光的精確度。另一種方法是找出發(fā)聲的器件而加以處理。實(shí)際上，主要的發(fā)聲器件是輸出端的陶瓷電容，因?yàn)樘沾呻娙萃ǔ６际怯筛呓殡姵?shù)的陶瓷所做成，這類陶瓷都具有壓電特性。在200Hz的脈沖作用下就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)而發(fā)聲。解決的方法是采用鉭電容來代替。不過，高耐壓的鉭電容很難得到，而且價(jià)錢很貴，會(huì)增加一些成本。

　第二部分 采用交流電源的LED調(diào)光

　　3 用可控硅對(duì)LED調(diào)光

　　普通的白熾燈和鹵素?zé)敉ǔ２捎每煽毓鑱碚{(diào)光。因?yàn)榘谉霟艉望u素?zé)羰且粋€(gè)純阻器件，它不要求輸入電壓一定是正弦波，因?yàn)樗碾娏鞑ㄐ斡肋h(yuǎn)和電壓波形一樣，所以不管電壓波形如何偏離正弦波，只要改變輸入電壓的有效值，就可以調(diào)光。采用可控硅就是對(duì)交流電的正弦波加以切割而達(dá)到改變其有效值的目的。其電原理圖如圖9所示。虛線部分就是安裝在墻上的可控硅調(diào)光開關(guān)。a-b之間的電阻就是白熾燈負(fù)載。所以負(fù)載是和可控硅開關(guān)串聯(lián)的。

圖9. 可控硅調(diào)光的電路圖和波形圖

　　改變可變電阻的分壓比就可以改變其導(dǎo)通角，從而實(shí)現(xiàn)改變其有效值的目的。通常這個(gè)電位器帶一個(gè)開關(guān)，接在n的輸入端，用于開關(guān)燈。除了可控硅以外，還有晶體管后沿調(diào)光技術(shù)等等，因?yàn)樗鼈兊幕締栴}是相同的，就不在此介紹了。

　　3.1 可控硅調(diào)光的缺點(diǎn)和問題

　　然而，可控硅調(diào)光存在一系列問題。

　　1. 可控硅破壞了正弦波的波形，從而降低了功率因素值，通常PF低于0.5，而且導(dǎo)通角越小時(shí)功率因素越差（1/4亮度時(shí)只有0.25）。

　　2. 同樣，非正弦的波形加大了諧波系數(shù)。

　　3. 非正弦的波形會(huì)在線路上產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾信號(hào)（EMI）4. 在低負(fù)載時(shí)很容易不穩(wěn)定，為此還必須加上一個(gè)泄流電阻。而這個(gè)泄流電阻至少要消耗1-2瓦的功率。

　　5. 在普通可控硅調(diào)光電路輸出到LED的驅(qū)動(dòng)電源時(shí)還會(huì)產(chǎn)生意想不到的問題，那就是輸入端的LC濾波器會(huì)使可控硅產(chǎn)生振蕩，這種振蕩對(duì)于白熾燈是無所謂的，因?yàn)榘谉霟舻臒釕T性使得人眼根本看不出這種振蕩。但是對(duì)于LED的驅(qū)動(dòng)電源就會(huì)產(chǎn)生音頻噪聲和閃爍。

　　3.2 可控硅調(diào)光的優(yōu)勢(shì)

　　可控硅調(diào)光雖然有那么多的缺點(diǎn)和問題，但是，它卻有著一定的的優(yōu)勢(shì)，那就是它已經(jīng)和白熾燈鹵素?zé)艚Y(jié)成了聯(lián)盟，占據(jù)了很大的調(diào)光市場(chǎng)。如果LED想要取代可控硅調(diào)光的白熾燈和鹵素?zé)魺艟叩奈恢?，就也要和可控硅調(diào)光兼容。

　　具體來說，在一些已經(jīng)安裝了可控硅調(diào)光的白熾燈或鹵素?zé)舻牡胤?，墻上已?jīng)安裝了可控硅的調(diào)光開關(guān)和旋鈕，墻壁里也已經(jīng)安裝了通向燈具的兩根連接線。要更換墻上的可控硅開關(guān)和要增加連接線的數(shù)目都不是那么容易，最簡(jiǎn)單的方法就是什么都不變，只要把燈頭上的白熾燈擰下，換上帶有兼容可控硅調(diào)光功能的LED燈泡就可以。這種戰(zhàn)略就像LED日光燈一樣，最好做成和現(xiàn)在的T10、T8熒光燈尺寸大小完全一樣，不需要專業(yè)電工，普通老百姓就可以直接更換，那就可以很快普及。因此國(guó)外很多生產(chǎn)LED驅(qū)動(dòng)IC的廠商都開發(fā)出了可以兼容現(xiàn)有可控硅調(diào)光的IC來。

　　3.3 兼容可控硅調(diào)光的LED驅(qū)動(dòng)IC

　　目前市場(chǎng)上主要有恩智浦的SSL2101/2，國(guó)半的LM3445，iWatt的iW3610和OnSemi的NCL3000四種兼容可控硅調(diào)光的驅(qū)動(dòng)IC。其特點(diǎn)如下：

　　和一般反激式的IC不同之處在于它們都可以檢測(cè)出可控硅的導(dǎo)通角來確定LED的電流以進(jìn)行調(diào)光，我們不準(zhǔn)備來詳細(xì)介紹它們的工作原理和性能，因?yàn)槲覀儾⒉徽J(rèn)為這是LED調(diào)光的方向。