LED的調(diào)光原理分析與設(shè)計實例
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當(dāng)正向電流為350mA 時，主波長為545.8nm；當(dāng)正向電流減小為200mA 時，主波長為548.6nm；當(dāng)正向電流減小為100mA時，主波長為550.2nm。正向電流的改變也會引起色溫的變化（圖4）。
圖4. 白光LED的色溫和正向電流的關(guān)系
由圖4可知，當(dāng)正向電流為350mA時，色溫為5734K，而正向電流增加到350mA時，色溫就偏移到5636K。電流再進(jìn)一步減小時，色溫會向暖色變化。
當(dāng)然這些問題在一般的實際照明中可能不算是一個大問題。然而在采用RGB的LED系統(tǒng)中，就會引起彩色的偏移，而人眼對彩色的偏差是十分敏感的，因此也是不能允許的。
1.3 調(diào)電流會產(chǎn)生使恒流源無法工作的嚴(yán)重問題
然而在具體實現(xiàn)中，用調(diào)正向電流的方法來調(diào)光可能會產(chǎn)生一個更為嚴(yán)重的問題。
我們知道LED通常是用DC-DC的恒流驅(qū)動電源來驅(qū)動的，而這類恒流驅(qū)動源通常分為升壓型或降壓型兩種（當(dāng)然還有升降壓型，但由于效率低、價錢貴而不常用）。究竟采用升壓型還是降壓型是由電源電壓和LED負(fù)載電壓之間的關(guān)系決定的。假如電源電壓低于負(fù)載電壓就采用升壓型；假如電源電壓高于負(fù)載電壓就采用降壓型。而LED的正向電壓是由其正向電流決定的。從LED的伏安特性（圖5）可知，正向電流的變化會引起正向電壓的相應(yīng)變化，確切地說，正向電流的減小也會引起正向電壓的減小。所以在把電流調(diào)低的時候，LED的正向電壓也就跟著降低。這就會改變電源電壓和負(fù)載電壓之間的關(guān)系。
圖5. LED 的伏安特性
例如，在一個輸入為24V 的LED 燈具中，采用了8 顆1W 的大功率LED 串聯(lián)起來。在正向電流為350mA 時，每個LED 的正向電壓是3.3V。那么8 顆串聯(lián)就是26.4V，比輸入電壓高。所以應(yīng)該采用升壓型恒流源。但是，為了要調(diào)光，把電流降到100mA，這時候的正向電壓只有2.8V，8 顆串聯(lián)為22.4V，負(fù)載電壓就變成低于電源電壓。這樣升壓型恒流源就根本無法工作，而應(yīng)該采用降壓型。對于一個升壓型的恒流源一定要它工作于降壓是不行的，最后LED 就會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。實際上，只要是采用了升壓型恒流源，在用調(diào)正向電流調(diào)光時，只要調(diào)到很低的亮度幾乎一定會產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。因為那時候的LED 負(fù)載電壓一定是低于電源電壓。很多人因為不了解其中的問題，還總要去從調(diào)光的電路里去找問題，那是徒勞無益的。
采用降壓型恒流源問題會少一些，因為如果本來電源電壓高于負(fù)載電壓，當(dāng)亮度是往低調(diào)，負(fù)載電壓是降低的，所以還是需要降壓型恒流源。但是如果調(diào)到非常低的正向電流，LED 的負(fù)載電壓也變得很低，那時候降壓比非常大，也可能超出了這種降壓型恒流源的正常工作范圍，也會使它無法工作而產(chǎn)生閃爍。
1.4 長時間工作于低亮度有可能會使降壓型恒流源效率降低溫升增高而無法工作
一般人可能認(rèn)為向下調(diào)光是降低恒流源的輸出功率，所以不可能會引起降壓型恒流源的功耗加大而溫升增高。殊不知當(dāng)降低正向電流時所引起的正向電壓降低會使降壓比降低。而降壓型恒流源的效率是和降壓比有關(guān)的，降壓比越大，效率越低，損耗在芯片上的功耗越大。圖 6 是SLM2842J 的效率和降壓比的關(guān)系曲線。
圖6. 降壓型恒流源的效率和降壓比的關(guān)系
圖中的輸入電壓為35V，輸出電流為2A，當(dāng)輸出電壓為30V 時，效率可以高達(dá)97.8%。但是當(dāng)輸出電壓降低到20V 時，效率就降為96%；當(dāng)輸出電壓降低為10V 時，效率就降低為92%。在這三種情況下，盡管其輸出功率依次為60W，40W 和20W，但是其損耗功率卻依次為1.2W，1.6W，1.6W。后兩種情況下功耗增大了33%。假如恒流模塊的散熱系統(tǒng)設(shè)計得非常臨界，增加33%的耗散功率就有可能會使芯片的結(jié)溫升高，以致發(fā)生過溫保護(hù)而無法工作，嚴(yán)重時也有可能使芯片燒毀。
1.5 調(diào)節(jié)正向電流無法得到精確調(diào)光
因為正向電流和光輸出并不是完全正比關(guān)系，而且不同的LED 會有不同的正向電流和光輸出關(guān)系曲線。所以用調(diào)節(jié)正向電流的方法很難實現(xiàn)精確的光輸出控制。
二．采用脈寬調(diào)制（PWM）來調(diào)光
LED 是一個二極管，它可以實現(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
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