LED凈化燈吸頂燈及其電源（四）

一． LED凈化燈吸頂燈的調光

　　目前全世界很多知名的LED凈化燈恒流驅動(dòng)芯片公司都花了很大的力氣開(kāi)發(fā)出了很多可以和各種可控硅調光的所謂Triac配合以進(jìn)行調光的芯片。然而這也是一種相當可悲而又可笑的事。因為可控硅是上世紀六十年代的產(chǎn)品，本身是一種相當古老而落后的器件。它的確可以用來(lái)和白熾燈配合進(jìn)行調光，可是它在調光的過(guò)程中會(huì )破壞正弦波的波形因而引起系統的功率因數降低，而且還會(huì )在線(xiàn)路上產(chǎn)生很大的干擾信號。在白熾燈調光時(shí)因為白熾燈的亮度只是由電源電壓的有效值決定，所以可以跟著(zhù)可控硅的導通角調光，而且對于可控硅來(lái)說(shuō)，白熾燈是一個(gè)理想的純阻負載，也不會(huì )對它的工作有什么影響。

　　可是換成LED凈化燈以后就產(chǎn)生了一系列的問(wèn)題，首先帶整流器的LED是一個(gè)容性負載，對可控硅有很大影響，在低負載時(shí)就會(huì )不穩定觸發(fā)，除非并聯(lián)一個(gè)電阻。但會(huì )進(jìn)一步降低系統的效率(增加1-2W功耗)。為了使得LED也能配合可控硅調光就必須把帶整流器的整套恒流電源系統的功率因數提高到看上去接近純阻負載。所以很多公司開(kāi)發(fā)出有源功率因數校正芯片。使得LED整個(gè)系統的功率因數達到0.9以上。不少人誤以為采用功率因數校正以后，連同可控硅在內的整個(gè)系統的功率因數都可以達到0.9以上。這完全是誤解了， 即使是純阻負載接上可控硅以后功率因素也會(huì )隨調光而降低。

　　下面是可控硅調光過(guò)程中，帶功率因數校正(達0.96)的LED凈化燈球泡燈的整套系統（包括可控硅在內）的功率因數的變化（附帶也有白熾燈的數據以供比較）。

 

帶功率因數校正的LED球泡燈		白熾燈
輸入功率	功率因數	輸入功率	功率因數
9.4W	0.96	23.5W	0.999
8.1W	0.769	20W	0.899
7W	0.703	15W	0.747
6W	0.635	10W	0.573
5.1W	0.515	9.9W	0.566
4W	0.48

 

　　由表中可知，不管是經(jīng)過(guò)功率因數校正的LED凈化燈，還是白熾燈，在一開(kāi)始時(shí)功率因數都可以達到0.96以上。但隨著(zhù)可控硅的調光，其功率因數逐步降低，到無(wú)法再調光時(shí)，功率因數低至0.48和0.566。所以作為整個(gè)系統來(lái)說(shuō)，其功率因素指標是不符合美國能源之星的要求的。

　　全世界的各種可控硅調光器多達幾十種，上百種。很多LED燈為了和這些可控硅兼容，不知道做了多少試驗和改進(jìn)，但最后還是吃力不討好。由于國外的人工很貴，所以也可以認為這是不得已的做法，但是在中國完全可以采取另一些更先進(jìn)的做法。

　　為了要對LED調光，可以有很多辦法，這些方法都沒(méi)有可控硅的缺點(diǎn)。下面介紹幾種最常用的方法：

　　6.1 采用脈寬調制PWM調光

　　LED是一個(gè)二極管，它可以實(shí)現快速開(kāi)關(guān)。它的開(kāi)關(guān)速度可以高達微秒以上。是任何發(fā)光器件所無(wú)法比擬的。因此，只要把電源改成開(kāi)關(guān)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(chēng)為脈寬調制（PWM）調光法。圖15表示這種脈寬調制的波形。假如脈沖的周期為tpwm，脈沖寬度為ton，那么其工作比D（或稱(chēng)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。

具體實(shí)現PWM調光的方法就是在LED的負載中串入一個(gè)MOS開(kāi)關(guān)管（圖16），這串LED的陽(yáng)極用一個(gè)恒流源供電。

　　然后用一個(gè)PWM信號加到MOS管的柵極，以快速地開(kāi)關(guān)這串LED。從而實(shí)現調光。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，再輸出控制MOS開(kāi)關(guān)管。那么這種PWM調光方法有那些優(yōu)缺點(diǎn)呢？

　　1．不會(huì )產(chǎn)生任何色譜偏移。因為L(cháng)ED始終工作在滿(mǎn)幅度電流和0之間。 2．可以有極高的調光精確度。因為脈沖波形完全可以控制到很高的精度，所以很容易實(shí)現萬(wàn)分之一的精度。

　　3．可以和數字控制技術(shù)相結合來(lái)進(jìn)行控制。因為任何數字信號都可以很容易變換成為一個(gè)PWM信號。

　　4． 即使在很大范圍內調光，也不會(huì )發(fā)生閃爍現象。因為不會(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(guò)熱等問(wèn)題。

　　具體獲得PWM信號的方法為在墻上的PWM開(kāi)關(guān)和電位器里安裝一個(gè)PWM發(fā)生器。這個(gè)PWM發(fā)生器可以很容易地用一個(gè)555芯片形成（圖17）。

　　這個(gè)發(fā)生器的指標如下：

　　1. 輸入電源：10-36V ，20mA

　　2. 輸出信號：200Hz的PWM信號，0-100%，5V （也可為10V）

　　3. 控制路數：可控制5-10個(gè)可調光恒流源

　　4. 線(xiàn)路長(cháng)度：10-20m

　　5. 開(kāi)關(guān)：可直接控制220V電源開(kāi)或關(guān)

　　所以，它需要三根線(xiàn)和燈具連接。假如還要開(kāi)關(guān)燈具，就可以采用帶開(kāi)關(guān)電位器，不過(guò)這樣一來(lái)總共需要有5根線(xiàn)連接到燈具。如果要利用原來(lái)墻上開(kāi)關(guān)，就要再增加三根線(xiàn)，這是它的主要缺點(diǎn)。它的優(yōu)點(diǎn)是可以用一個(gè)控制器來(lái)控制5-10個(gè)燈具。

　　6.2 分段式開(kāi)關(guān)調光

　　雖然紅外遙控可以實(shí)現采用PWM連續調光，但在實(shí)際使用時(shí)，也可以用作分段調光。

　　為了利用現有的墻上開(kāi)關(guān)和墻內的兩根線(xiàn)，臺灣有一家公司推出了一種稱(chēng)之為EZ-Dimming的GM6182的四段開(kāi)關(guān)調光不失為一種好方案。它只利用墻上的普通電燈開(kāi)關(guān)就能實(shí)現4段調光，第一次開(kāi)為全亮，第二次快速開(kāi)關(guān)為60%亮度，第三次快速開(kāi)關(guān)為40%亮度，第四次快速開(kāi)關(guān)為20%亮度。這種系統的優(yōu)點(diǎn)是可以利用普通的墻上開(kāi)關(guān)實(shí)現調光。而且其功率因素高達0.92以上。沒(méi)有產(chǎn)生干擾信號之慮。缺點(diǎn)是無(wú)法連續調光。還有操作麻煩一些。它實(shí)際上可以和恒流源設計在一起（圖18）。

  吸頂燈電源LED凈化燈