LED可控硅调光 前沿后沿 相关资料

2.1 LED调光

LED由于它很好的演色性、发光效率、体积小、低工作电压和工作寿命常的一系列优抚得到了很好的应用，然而，调光控制的标准化对LED调光应用的推广很重要。在每种应用场合LED照明都会有很好的应用优势，重要的是LED调光应和可控硅能很好的配合使用，以利用现有的白炽灯可控硅调光器。

LED用于替代通用白炽灯照明，LED调光和LED的发光颜色变化、LED的光输出、LED的发光效率（调光曲线）等因素有关；有关调光控制方法（0-10V，DALI等有关控制协议）、散热管理、驱动方案、拓扑架构和已有的基础设施等因素对LED的工作状态和调光控制性能都有很大的影响。

常用的LED调光方法主要有调节LED正向工作电流和PWM脉冲调光法两种，由于LED的发光色温和LED的正向工作电流有关，所以调节LED正向工作电流的调光法的使用范围受到一定的限制。而PWM脉冲调光法的调光范围比调节LED正向工作电流的调光法要宽的多，不会影响LED的发光色温，所以使用效果较好。

2.2 LED调光性能

由于人们用惯了白炽灯的可控硅调光器，所以LED调光器应能兼容可控硅调光器。并应考虑以下技术指标。

（1）调光范围

调光范围常用最大亮度值的百分比表示。实用中，随着灯发光亮度的降低人眼瞳孔放大，

这样人眼接收的光线并不很快随灯发光亮度的降低而降低，如表示为最大发光亮度级的百分数，则人眼接收的光是测得光的均方根值。例如，测得调光电平为最大发光值的10%，则人眼接收的光为 的最大发光值，即所谓的心理物理学定律。

（2）在整个调光范围应平滑调光变化；

（3）灯在最低调光电平时启动灯发光应很快达到预定的发光值；

（4）达到预定的调光电后LED灯发光应稳定，不应有发光闪烁现象；

（5）在整个调光范围内LED灯、LED驱动电源和调光控制器不应有可闻噪声；

（6）运动控制/有无人检测/光电检测等部件能控制LED灯的工作；

（7）对白炽灯而言它的发光色温和钨丝灯的温度有关，当白炽灯的发光亮度降低时，白炽灯的发光色温降低。

2.3 工作可靠性

调光对大部分光源可以延长其使用寿命，因为在低发光亮度下灯的功耗和发热降低了，有利于提高光源的使用寿命。

温度对电子元器件的寿命有重要的影响，低温对延长电子元器件的寿命有帮助，CFL灯和LED灯均为灯和电子元器件的一体的灯，所以整体灯的寿命受寿命最短的电子元器件的寿命制约，调光有利于降低一体灯的温度，有利于LED灯的光通量维持率和延长LED灯的寿命。

3. 白炽灯相控调光

相控调光最早用于白炽灯调光，相控调光的主要优点是使用、安装方便。LED相控调光的频率应不低于100Hz，以避免人眼感到发光闪烁，相控导通角越大则LED的发光亮度越大，相控半导体器件可用可控硅、场效应晶体管或有关半导体器件。

由于现有的调光器被设计用于白炽灯(近似电阻负载，功率大多在20W和50W之间)，因此需要一些额外的电路才能允许它们用于LED照明系统。目前市场上还没有白炽灯调光器标准，因此目前市场上有大量不同性能和参数值的市电调光器。

3.1 前沿相控调光

前沿相控调光（前相调光）由于电路实现简单所以得到了广泛的应用，开关器件常用可控硅，通过控制可控硅的导通角来控制输出的交流电有效值，从而达到调光控制，可控硅前沿调光电路原理图如图4所示。图X中可调电阻VR4和电容C23构成的移相电路。当C23两端的电压达到或超过DIAC(DB3)的击穿电压时，C23电荷通过DB3部分注入双向可控硅T2，双向可控硅T2被触发导通。

双向可控硅T2的最低门触发电流（IGT）使双向晶闸管导通。它还要求有一个最低的电流来维持双向晶闸管的导通。当电流低于维持电流时，双向可控硅T2也会被关闭。

可控硅相控调光调光波形图如图5a、b所示。前沿相控调光常用于白炽灯和卤钨灯调光的应用场合，由于在低调光亮度时通过可控硅的电流减小，如调光亮度很低，通过可控硅的电流低于可控硅的维持导通电流时就不能再调光，否则可控硅关断，这对低调光亮度LED调光可能是个问题。

            

图4  可控硅前沿调光电路原理图

(a) 高亮度输出时的前沿相控调光波形

(b)低亮度输出时的前沿相控调光波形

图5  相控调光的有关波形

3.2 相控后沿调光

相控后沿调光（反相调光）常用于电子变压器低电压卤钨灯调光的应用场合，相控后沿调光的电压变化较相控前沿调光平缓，因而通过电路的浪涌电流小，相控后沿调光的功率开关器件常用场效应晶体管（FET），通过定时电路控制场效应晶体管（FET）的导通和关断（（如图6a、b所示））。后沿切相调光器调光功率范围一般为200W-500W；内有复杂的时基电路控制场效应晶体管的延迟关断；当后沿切相调光驱动低功率LED时，简单的控制方案很难准确检测到下降沿。相控后沿调光电路原理图如图7所示。相控后沿调光的特点如下。

（1）使用昂贵的IGBT/MOSFET；

（2）导通时没有尖峰电流；

（3）不存在维持电流；

（4）降低音频噪声和EMI。

(a) 高亮度输出时的后沿相控调光波形

a) 高亮度输出时的后沿相控调光波形

(b)低亮度输出时的后沿相控调光波形

图6  相控调光的有关波形

图7  相控后沿调光电路原理图

可调光LED灯驱动的主要要求有：

（1）直接取代白炽灯,兼容现有的调光器；

（2）宽调光范围：1%~100%；

（3）无频闪，调光曲线柔和；

（4）工作可靠性高，较低的AC峰值电流，保证可控硅安全操作；

（5）高效率、低纹波电流。

4．评价可控硅可调光LED系统时需注意的有关问题

实用中由于白炽灯可控硅调光电路得到了广泛应用，LED可控硅调光常沿用白炽灯可控硅调光电路，常见评价可控硅可调光LED系统时需注意的有关问题如下。

4.1 100%光输出

（1）当调光器调至100%位置时和不可调光输出时光输出衰减了多少？

4.2 最大调光级

可调光LED照明系统的最大调光级是多少？

4.3 调光器的物理调节范围和光输出特性

（1）调光器的物理调节范围是多少？相应LED的调光范围是多少？

（2）在关断调光器前在低光输出调节区间的调光光输出不变的物理调节范围是多少？

（3）调光器的物理调节位置、光输出和加到LED灯负载上的电压有效值（相位角、导通时间、占空比等）是否有关系？

4.4 调光器可调光的LED数量范围/最低负载

（1）调光器可正常调光的LED负载数量范围是多少？

（2）在一定的交流输入市电电压下对白炽灯调光的额定功率是多少？是否LED调光LED灯负载时的电流低于这个值？以确保调光器和LED灯负载可靠工作。

4.5 浪涌电流

对白炽灯可控硅调光而言，它的浪涌输入电流和白炽灯灯丝的冷电阻有关，对LED灯调光负载时这个浪涌输入电流值要比白炽灯可控硅调光要小，以确保可控硅调光电路可靠工作。

4.6 重复峰值电压

可控硅调光器使用可控硅调光器件，可控硅的耐压值有限，使用时应确保LED应用时的重复峰值电压低于白炽灯可控硅调光器的重复峰值电压，以确保可控硅调光电路可靠工作。

4.7 可控硅调光器可以驱动的LED最低数量/最低负载

（1）在确保LED可靠工作的条件下，LED可控硅调光器可以驱动的LED最低数量是多少？

（2）白炽灯可控硅调光器可带的最小负载和可控硅的维持电流有关，在最低LED调光亮度时LED的最小工作电流能否满足可控硅的维持电流要求。

4.8 最小调光范围

在可控硅调光器的最低调光位置LED是否还导通。

49 LED不发光的调光位置

实用中在可控硅调光器由最大到最小或由最小到最大调光时有可能在调光的中间某个位置LED不工作，这个LED可控硅调光器是否有这种现象。

4.10 导通延迟时间

（1）LED可控硅调光器的最大导通延迟时间是多少？

（2）LED可控硅调光器的导通延迟在调光器的什么位置出现？

（3）导通延迟和调光级是否有关？

（4）当不同的LED产品接至LED可控硅调光器时这个导通延迟时间是否变化？调光时是否会产生调光“爆米花”效应（调光光输出闪动）？

4.11 调光闪烁

在LED可控硅调光器调光时是否有调光闪烁？在LED可控硅调光器调光时是否有频闪效应？

4.12 变色

在LED可控硅调光器调光时是否有LED发光颜色改变？如有颜色变化如何？

4.13 可闻噪声

LED可控硅调光器调光时是否有可闻噪声？LED可控硅调光器调光时可闻噪声的出现是否和某些因素有关（例如LED可控硅调光器带的LED灯的数量和ED可控硅调光器调光位置等因素有关）？

5．小结

    由于可控硅调光易于使用，符合人们的使用习惯，所以推广可控硅照明调光具有很好的市场前景，可控硅调光在白炽灯调光中得到了很好的应用。但是，在LED照明调光的应用场合，可控硅调光在电路的功率因数、调光闪烁等调光性能和造价等方面还需进一步做出努力，以扩大可控硅调光在LED照明调光的应用范围。

参考文献

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