2012年將是LED全面,、大規(guī)模進(jìn)入家庭的一年。美國家庭中主要是采用E26型的白熾燈,。但在中國的城市家庭中則很少有人還用白熾燈,，而大多數(shù)采用彎曲熒光燈管的吸頂燈。如何生產(chǎn)價(jià)格低廉,、性能良好的LED吸頂燈" title="LED吸頂燈">LED吸頂燈將是對(duì)于LED從業(yè)者的一個(gè)極大的挑戰(zhàn),。為了做好這一替代工作，我們首先要對(duì)普通吸頂燈有充分的了解,，才能做到知己知彼百戰(zhàn)百勝,。
一、普通吸頂燈
1.1吸頂燈的外形
普通吸頂燈的外形雖然有很多種（圖1），但最普通的就是圓形或方形,，復(fù)雜的則更有各種奇形怪狀的水晶吸頂燈：
圖1.各種形狀的吸頂燈
1.2吸頂燈的燈管
其燈管大多是彎折后的T5熒光燈（圖2）,，品種規(guī)格繁多，主要有以下幾種,。
（a）圓環(huán)形 ?。╞）U形 （c）2D形
圖2. 用于吸頂燈的熒光燈
1.3吸頂燈的功率,，并沒有明確的規(guī)定,。
其功率最常用的有10W、16W,、21W,、28W、32W,、38W,、40W等幾種。
二． 普通吸頂燈的問題和缺點(diǎn)
2.1 發(fā)光效率低
帶鎮(zhèn)流器節(jié)能燈" title="節(jié)能燈">節(jié)能燈的整燈光效只有55lm/W,，最高的大功率U型也只有80lm/W,。而且因?yàn)樗羞@些吸頂燈大多采用T5型燈管，折彎成各種形狀,。但不管最后折彎成什么形狀,，它都是360度發(fā)光的，其中向上的180度的光線必須反射回來才會(huì)變成有用的光線,，這個(gè)反射過程就會(huì)損失很多光,。所以做成燈具以后的光效至少要打70%的折扣。也就是上述光效還要再乘以0.7,。而且在實(shí)際使用時(shí),，它的亮度隨時(shí)間衰減得很快。例如一根飛利浦的32W環(huán)形T5三基色燈管YH32RR16,，色溫為6500ºK,，其發(fā)光效率為67lm/W，總流明數(shù)為2150lm,，實(shí)際上只有70%的光線可以利用,。也就是只有1500lm。
2.2 含汞
而汞的沸點(diǎn)很低,，在常溫下可蒸發(fā),。一支廢舊丟棄熒光燈破碎后，立即向周圍散發(fā)汞蒸氣,，瞬間可使周圍空氣中的汞濃度達(dá)到10-20毫克/立方米,，超過國家規(guī)定的汞在空氣中最高允許濃度（為0.01毫克/立方米）的1000至2000倍,，人體一次吸入2.5克汞蒸氣即有生命危險(xiǎn)。而且液態(tài)汞的滲透率極高,，掉到地下以后就會(huì)立刻滲入地下污染地下水,。1毫克汞足以污染5454.5公斤飲用水，使之達(dá)不到安全的飲用標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在拼命推廣節(jié)能燈,，實(shí)際上也是對(duì)我們子孫不負(fù)責(zé)任的做法。
2.3 壽命低
節(jié)能燈管按照熒光粉劃分有：混合粉,、鹵粉,、三基色,。鹵粉壽命在3000～4000小時(shí),；混合粉壽命在4000～6000小時(shí)；三基色號(hào)稱在8000小時(shí)以上,。
2.4鎮(zhèn)流器質(zhì)量低
熒光燈所用的鎮(zhèn)流器大多數(shù)無法給出足夠的功率,，例如作者實(shí)測(cè)一個(gè)32W熒光燈所用的鎮(zhèn)流器其輸出功率只有16W，也就是只有50%的額定功率,。而且所有熒光燈的壽命之所以短,，主要是鎮(zhèn)流器的壽命很短，而且一旦熒光燈損壞,，鎮(zhèn)流器通常也跟著損壞,。幾乎所有人的經(jīng)驗(yàn)都是一般一年就要換一次鎮(zhèn)流器或燈管，大多數(shù)時(shí)候是一年不到,，兩個(gè)都要換,。
2.5 價(jià)錢也不便宜
一般的吸頂燈價(jià)錢在幾十到幾百元的都有，國外品牌的吸頂燈要600元以上,，至于一些帶有水晶飾物的吸頂燈,，價(jià)錢高達(dá)幾千元以上比比皆是，而其光源只不過頂多是一個(gè)40W的異形熒光燈而已,。所以吸頂燈不像普通節(jié)能燈那么便宜,。
三、LED吸頂燈的優(yōu)點(diǎn)
3.1 發(fā)光效率高
LED本身的發(fā)光效率已經(jīng)到達(dá)130lm/W以上,，所以LED吸頂燈的整體光效已經(jīng)可以達(dá)到100lm/W,。而且這個(gè)效率還在每年增長(zhǎng)，據(jù)估計(jì),，到2020年,，LED本身的發(fā)光效率將會(huì)達(dá)到240lm/W。光效高就意味著節(jié)能,。根據(jù)實(shí)測(cè)的結(jié)果,，一盞8W的LED就可以取代一盞32W的吸頂燈,。電功率可以節(jié)省4倍以上。
3.2 壽命長(zhǎng)
LED的壽命為10萬小時(shí),，做成燈具以后,，現(xiàn)在實(shí)際上公認(rèn)的壽命為至少3萬小時(shí)，高質(zhì)量的可以做到5萬小時(shí),，要比熒光燈長(zhǎng)10倍以上,，即使最高壽命的三基色熒光燈的壽命為1萬小時(shí)，也還高出5倍以上,。
3.3 不含汞
3.4 無紫外線輻射,，無光線污染
3.5 可以根據(jù)需要提供各種色溫的光線，通常有2550-3700ºK,，和4700-7000ºK,。
3.6 無玻璃零部件，耐沖擊,、振動(dòng),，便于運(yùn)輸。
3.7 不需要鋁制散熱器,，成本低,，重量輕
四、LED吸頂燈的構(gòu)成和散熱
不考慮華麗的水晶吸頂燈,，普通LED吸頂燈的構(gòu)造和普通吸頂燈沒有什么區(qū)別,。都是由底殼，外罩,，電源,，燈等4個(gè)部分組成。
4.1 LED吸頂燈的燈珠
通常對(duì)于功率大于30W以上的大多采用1W的LED燈珠,，低于30W的大多采用小功率LED燈珠（例如3020,3014,3528等）,。建議采用貼片式小功率LED，以便于散熱,，也可以提高發(fā)光的均勻度,。
燈珠可以按照其外形來排列，例如假定外形為圓形,，那么燈珠就排成圓形,，反之，假如外形是方形,，那么就排成方形,。即便如此，燈珠的排列也還是有很多種方法,，一個(gè)典型的LED吸頂燈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示,。
圖3. LED的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
圖中圓環(huán)形的印制板上有兩圈LED燈珠,，它是采用23顆0.4W的5730型LED燈珠，總共功率為18W,。中間的長(zhǎng)方形為其恒流電源,，方盒右下角則為遙控接收器的光敏二極管，以接收遙控亮度的紅外控制信號(hào),。
需要提出的是仍然有大量的低價(jià)LED吸頂燈采用了小功率草帽燈,，然而由于草帽燈的熱阻很大（450℃/W），很難把熱導(dǎo)出,，因而光衰嚴(yán)重,，壽命很短。
4.2 LED吸頂燈的燈罩
燈罩通常采用PC板,，其性能如下：
?。?）透光性：P C板透光率最高可達(dá)89%，可與玻璃相妣美,。UV涂層板在太陽光下爆曬不會(huì)產(chǎn)生黃變,，霧化，透光不佳,，十年后透光流失僅為6%，PVC流失率則高達(dá)15%—20%,，玻璃纖維為12%-20%,。
（2）抗撞擊：PC板撞擊強(qiáng)度是普通玻璃的250-300倍,，同等厚度亞克力板的30倍,，是鋼化玻璃的2-20倍，用3kg錘以下兩米墜下也無裂痕,，有“不碎玻璃”和“響鋼”的美稱,。
（3）防紫外線：PC板一面鍍有抗紫外線（UV）涂層,，另一面具有抗冷凝處理,，集抗紫外線、隔熱防滴露功能于一身,?？勺钃踝贤饩€穿過，及適合保護(hù)貴重藝術(shù)品及展品,，使其不受紫外線破壞,。
（4）重量輕：比重僅為玻璃的一半,，節(jié)省運(yùn)輸,、搬卸,、安裝以及支撐框架的成本。
?。?）阻燃：國家標(biāo)準(zhǔn)GB50222—95確認(rèn),，PC板為難燃一級(jí)，即B1級(jí),。PC板自身燃點(diǎn)是580攝氏度,，離火后自熄，燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生有毒氣體,，不會(huì)助長(zhǎng)火勢(shì)的蔓延,。
（6）可彎曲性：可依設(shè)計(jì)圖在工地現(xiàn)場(chǎng)采用冷彎方式,，安裝成拱形,，半圓形頂和窗形。最小彎曲半徑為采用板厚度的175倍,，亦可熱彎,。
（7）溫度適應(yīng)性：PC板在-100℃時(shí)不發(fā)生冷脆,，在135℃時(shí)不軟化,，在惡劣的環(huán)境中其力學(xué)，機(jī)械性能等均無明顯變化,。
?。?）耐候性： PC板可以在－40℃至120℃范圍保持各項(xiàng)物理指標(biāo)的穩(wěn)定性。人工氣候老化試驗(yàn)4000小時(shí),，黃變度為2,，透光率降低值僅0.6％。
4.3 LED吸頂燈的散熱
采用小功率的LED燈珠,，排列分散一些,，可以有助于散熱。吸頂燈在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)也是有利于散熱的,。
1. 內(nèi)部空氣無阻擋自由流通,。這是吸頂燈相比于其他燈具最大的優(yōu)點(diǎn)。密閉而不流通的空氣是一種絕熱性能很好的絕熱體,，反過來,，能夠自由流通的空氣卻是最好的散熱體。世界上所有的發(fā)熱物體最后都是把熱量散發(fā)到空氣中去的,。因?yàn)槲敓舻牡装逵泻芏嘈】?，所以在吸頂燈的燈罩里，LED燈珠所產(chǎn)生的熱量可以通過空氣立刻傳遞到外邊去,。
2. 燈罩能夠很好散熱,。我們知道對(duì)流和輻射散熱主要和面積及材料有關(guān),，而塑料的輻射散熱的效果是很好的，而且燈罩的厚度很薄,，所以塑料的導(dǎo)熱不好的影響可以忽略,。這可以從圖4中加以說明。
圖4較薄的厚度減小了導(dǎo)熱系數(shù)的作用
吸頂燈的泡殼厚度只有1-2mm,。所以雖然它的導(dǎo)熱系數(shù)只在0.1-1W/mk,，但還是能夠很快地把熱量從一邊傳到另一邊。
而且塑料的輻射能力是很強(qiáng)的,，見下表：
所以泡殼可以很好地輻射散熱,。因?yàn)樵谖敓舻膬?nèi)部空氣的流通很好，很容易把熱量帶到泡殼上,。所以燈罩起了主要的散熱作用,。
3. 面積大：根據(jù)圓形的面積計(jì)算公式：S=πr2，或S=π(d/2) 2,，對(duì)于一個(gè)直徑為45cm的圓形吸頂燈,，它的底板面積就是1590cm2。因?yàn)槲敓敉ǔ０惭b在室內(nèi),，沒有過高室溫,，所以可以采用40cm2/W的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，那樣也可以散去40W的功率,。但是由于底板靠近天花板,，不易散熱，所以底板的實(shí)際散熱效果會(huì)差很多,。
而燈罩因?yàn)槭乔嫘危涿娣e要比圓形更大,，而且它的安裝朝下,，沒有任何阻擋，所以散熱效果要比底板更好,。
4. 關(guān)鍵的問題是要把安裝LED燈珠的鋁基板或印制板的銅箔面積做得足夠大,。
實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于小于30W的吸頂燈采用普通的印制板就可以很好地散熱,，而且為了利用自由流通的空氣,。在印制板的兩面把熱量帶走，所以也不需要把鋁基板或印制板通過導(dǎo)熱膠緊貼底板來散熱,，反而要把印制板墊高離開底板5mm,，以便空氣流通。
5. 底板上多打一些通風(fēng)孔會(huì)對(duì)散熱有很大的好處,。這些通風(fēng)孔應(yīng)當(dāng)打在外圈,，以免被阻擋,。但也可能帶來小蟲鉆入的可能性。
采取以上措施以后,，LED吸頂燈并不需要很重的鰭片式散熱器也可以滿足散熱的要求,。可以說LED吸頂燈是唯一不需要特制的鋁散熱器的LED燈具,。
五,、LED吸頂燈的電源
現(xiàn)在讓我們先來看一下普通吸頂燈的電源。
普通吸頂燈通常采用電子鎮(zhèn)流器,，或者稱為高頻變壓器,。但是市面上的電子鎮(zhèn)流器的質(zhì)量都比較差。例如,，作者就測(cè)試了一款普通吸頂燈安裝了飛利浦的32W環(huán)形燈管,。實(shí)測(cè)的結(jié)果如下：Pin=16W，PF=0.62,。所以它只用到環(huán)形燈管50%的功率,，而且功率因數(shù)也很差。作者也測(cè)試了一個(gè)9W節(jié)能燈的參數(shù),，測(cè)得Pin=8.4W,，PF=0.563
二者的功率因數(shù)都不能滿足>0.7的要求，但仍然在市面上大量流通,。
對(duì)于LED吸頂燈的電源可以分為非隔離式和隔離式兩大類：
5.1 非隔離恒流源,，由于LED吸頂燈不像球泡燈那樣容易被用戶用手觸摸到，而且由于不需要接觸式導(dǎo)熱,，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)很容易把鋁基板或印制板和金屬底板絕緣起來,，所以采用非隔離電源是可以很容易通過CE、UL等安全認(rèn)證,。再加上它的安裝通常是由專業(yè)的電工來安裝,，也減小了用戶觸電的危險(xiǎn)。
我們知道LED必須采用恒流源來驅(qū)動(dòng),，否則由于它的負(fù)溫度系數(shù),，而會(huì)使電流急劇上升導(dǎo)致結(jié)溫升高，壽命縮短,。恒流源分為線性和開關(guān)式兩種,。線性恒流源的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾（EMI），簡(jiǎn)單,，成本低,。它的缺點(diǎn)是效率比較低。
1. 采用恒流二極管的非隔離恒流源
恒流二極管是一種線性恒流源，它的恒流作用可以用來驅(qū)動(dòng)LED,。最簡(jiǎn)單的方法就是把恒流二極管直接和LED串聯(lián),。但是我們?cè)谟糜贚ED驅(qū)動(dòng)時(shí)必須注意選擇恰當(dāng)?shù)碾娏骱湍蛪骸?/p>
最低電壓
由于恒流二極管需要一定的電壓Vk才能夠進(jìn)入恒流，所以太低的電源電壓是無法工作的,。通常這個(gè)Vk大約在5-10V左右,。
最高電壓
由于恒流二極管必須能吸收掉電源電壓的變化，對(duì)于同樣的百分比,，220V就要比110V的變化范圍大一倍,。例如對(duì)于+10%~-20%的變化范圍，對(duì)于220V就意味著22+44=66V的變化范圍,，經(jīng)過橋式整流以后這個(gè)變化還會(huì)加大1.2倍,，變成79.2V。而對(duì)于110V電源,，同樣的變化范圍只相當(dāng)于39.6V的變化范圍,。電壓越低，就意味著功耗越小,，效率越高,。所以可以說恒流二極管更適用于110V市電的國家。
最大電流
由于恒流二極管的功耗受到限制,，所以過大的電流也是不合適的,。例如1W的LED通常需要350mA，恒流二極管就很難提供,。即使能夠提供,，它的功耗也過大而使整體效率大為降低。
恒流二極管最適用的使用場(chǎng)合就是交流市電供電的LED燈具,，采用很多小功率LED串聯(lián),，也就是高壓小電流的情況是最為合適。
圖5就是一種用于吸頂燈的恒流二極管驅(qū)動(dòng)源,。其負(fù)載是80顆3022串聯(lián),，總功率為16W。所用的恒流二極管也是恒流在60mA,。假如手頭的恒流二極管只有30mA的，就需要2串并聯(lián),。
驅(qū)動(dòng)電源" title="驅(qū)動(dòng)電源">驅(qū)動(dòng)電源" src="http://files.chinaaet.com/images/20111227/8357444b-6719-45d8-bcf6-0aee19dc2bc8.jpg" />
圖5. 采用恒流二極管作為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電源
在這里,，恒流二極管的作用就是要在輸入市電電壓變化時(shí)，保持輸出電流不變,，當(dāng)然也可以消除由于LED負(fù)溫度系數(shù)所引起的電流增大,。但是由于恒流二極管的耐壓有一定的限制，所以它所能吸收的電源電壓變化也是有限的,。就拿100V耐壓的CRD來說,，它的工作電壓范圍還要減去它的最小工作電壓10V,，可用的電壓范圍也就只有90V。用在220V市電電源里,， 如果市電變化+10%,，~-20%，就相當(dāng)于整流后為290~211V,，電壓變化79V,，在其耐壓范圍內(nèi)。假如所用的LED為80顆,，如果正向電壓為3.3V,，那么總電壓為264V，正好相當(dāng)于220V經(jīng)過橋式整流以后的值,。這時(shí)候恒流二極管上沒有壓降,，但是這時(shí)候它是不能工作的而至少需要10V壓降，也就是要求整流后電壓為274V,，市電電壓為228VAC,。那時(shí)候恒流二極管壓降為最小，功耗也最小,，只有0.03Ax10V=0.3W,，整體效率為最高可達(dá)96%（當(dāng)然還要考慮整流器的效率，實(shí)際上還會(huì)低一些）,。如果市電增高至242VAC,，那么恒流二極管電壓就增高為26.4V，其功耗也增加到0.79W,，這時(shí)候效率就等于91%,。
如果市電電壓低于228V，是不是恒流二極管就不工作呢,？并不是,，但的確是不恒流了，這時(shí)候它和LED就會(huì)達(dá)到一個(gè)新的平衡點(diǎn),，那就是二者的電壓和等于市電電壓經(jīng)過整流后的電壓,。因?yàn)長(zhǎng)ED伏安特性的非線性，所以很難用公式來表示,?？傊?dāng)市電電壓降低時(shí),，LED中的電流就會(huì)隨市電電壓的降低而降低,。其亮度也會(huì)跟著變暗。但是這時(shí)候恒流二極管的壓降不大所以并不消耗很多功率。所以效率還是很高的,。
前面假定了LED的正向壓降為3.3V,，實(shí)際上即使其額定為3.3V，在開機(jī)一段時(shí)間以后,，由于結(jié)溫的升高,，正向壓降就會(huì)降低至3.1V甚至3.0V。
一個(gè)采用恒流二極管的8W電源的實(shí)測(cè)結(jié)果如下表所示：
由表中可見,，采用恒流二極管以后其最高效率的確可以做到非常高,。是一種值得選用的電源。為了在220V得到最高的效率,，看來應(yīng)該串聯(lián)90個(gè)以上的LED,。
各種恒流二極管的參數(shù)如下表所示：
2.采用高壓直接降壓的開關(guān)式恒流源
由交流直接整流得到的電壓是264V，這時(shí)候可以采用直接降壓的高壓Buck電路來恒流,。
a）PAM99700
圖6. 采用美國PAM公司的PAM99700的高壓Buck的電路圖,。
這個(gè)電路的特點(diǎn)是效率高達(dá)90%，功率因數(shù)也大于0.9以上,。外部電路也很簡(jiǎn)單,。可以驅(qū)動(dòng)多達(dá)40個(gè)1W的LED,。一個(gè)采用PAM99700的LED吸頂燈照片如圖7所示,。
它是采用24串7并的3014型LED，總功率16.8W,。右下角的藍(lán)色印制板是紅外遙控接收器,。
圖7. 采用PAM99700作為恒流驅(qū)動(dòng)源的LED吸頂燈
它的實(shí)測(cè)結(jié)果如下（圖8）：
圖8. 效率、功率因素和LED電流和輸入電壓的關(guān)系
b）HV9861A
最近美國Supertex公司推出了新款高壓降壓芯片HV9861A以取代HV9910B.它采用了均值取樣從而提高了恒流精度至+/-3%,。它的電路圖如圖9所示,。
圖9. HV9861A直接降壓式電路圖
這個(gè)電路可以驅(qū)動(dòng)21個(gè)1W的LED。其主要指標(biāo)如下：
其輸出LED電流以及效率隨輸入電壓的變化如圖10所示,。
圖10. 輸出電流和效率隨輸入電壓的變化
因?yàn)殡娐分袥]有采用無源功率因數(shù)校正,，所以功率因數(shù)比較低。這個(gè)電路也沒有采用為減小EMI所需的濾波器,，如果加上這兩項(xiàng)以后都會(huì)降低其效率,。
所有這些非隔離式電源因?yàn)樵贚ED負(fù)載上會(huì)觸摸到市電，所以有嚴(yán)格的安規(guī)檢驗(yàn),，盡管采用良好的絕緣可以滿足安規(guī)的要求,，但是歐盟IEC 61347-2-13 (5/2006)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在LED負(fù)載端電壓不可超過25VAC或35VDC。所以采用非隔離電源是無法出口歐盟的,。
隔離式電源
最近美國TI公司推出了一種隔離式恒流源芯片TPS92070，它的電路圖如圖11所示。
圖11. TPS92070實(shí)際應(yīng)用電路圖
輸入：90-264VAC
輸出：25V,350mA
效率：>85%
1. 可調(diào)光隔離式恒流源
iW3614
其電路圖如圖12所示,。
圖12. iW3614應(yīng)用電路圖
輸入：100-120VAC或220-240VAC
輸出：25V,400mA
效率：>82%
PF：>0.9 非調(diào)光模式,，調(diào)光模式時(shí)取決于可控硅。
THD：滿足 IEC61000-3-2
調(diào)光兼容RC,、R,、RL
? LT3799
今年2月美國凌特公司宣布了一個(gè)用于LED恒流驅(qū)動(dòng)的IC（LT3799），它可以驅(qū)動(dòng)4-100W的LED,，而且本身帶PFC,，外置功率MOSFET開關(guān)管，反激隔離式而不需要光耦合器,，外置元件減到最少,，而且還可以用于可控硅調(diào)光。
圖13 可用于高功率LED 吸頂燈的反激式隔離型恒流電源
這個(gè)電路圖是一個(gè)給24瓦吸頂燈用的演示板的電路圖,。其主要技術(shù)指標(biāo)如下：
它的演示版的布置圖如圖14所示,。具體應(yīng)用時(shí)當(dāng)然也可以設(shè)計(jì)成圓形。
圖14. LT3799的演示版
這個(gè)市電恒流源因?yàn)楣β蚀?，而且可以適應(yīng)4-100W的寬功率范圍（這是吸頂燈的功率范圍）,，所以一定是采用外置MOS開關(guān)管，而且也因?yàn)楣β蚀?，所以要求采用功率因?shù)校正（PFC）,。對(duì)于不同的功率，除了要選擇不同的MOS管外,，還要求選擇不同大小的變壓器,。變壓器加大了整個(gè)恒流源的體積和重量，降低了效率,。但是這是為隔離市電所必需的,。
六、LED吸頂燈的調(diào)光
目前全世界很多知名的LED恒流驅(qū)動(dòng)芯片公司都花了很大的力氣開發(fā)出了很多可以和各種可控硅調(diào)光的所謂Triac配合以進(jìn)行調(diào)光的芯片,。然而這也是一種相當(dāng)可悲而又可笑的事,。因?yàn)榭煽毓枋巧鲜兰o(jì)六十年代的產(chǎn)品，本身是一種相當(dāng)古老而落后的器件,。它的確可以用來和白熾燈配合進(jìn)行調(diào)光,，可是它在調(diào)光的過程中會(huì)破壞正弦波的波形因而引起系統(tǒng)的功率因數(shù)降低，而且還會(huì)在線路上產(chǎn)生很大的干擾信號(hào),。在白熾燈調(diào)光時(shí)因?yàn)榘谉霟舻牧炼戎皇怯呻娫措妷旱挠行е禌Q定,，所以可以跟著可控硅的導(dǎo)通角調(diào)光，而且對(duì)于可控硅來說,，白熾燈是一個(gè)理想的純阻負(fù)載,，也不會(huì)對(duì)它的工作有什么影響,。
可是換成LED以后就產(chǎn)生了一系列的問題，首先帶整流器的LED是一個(gè)容性負(fù)載,，對(duì)可控硅有很大影響,，在低負(fù)載時(shí)就會(huì)不穩(wěn)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(tǒng)的效率(增加1-2W功耗),。為了使得LED也能配合可控硅調(diào)光就必須把帶整流器的整套恒流電源系統(tǒng)的功率因數(shù)提高到看上去接近純阻負(fù)載。所以很多公司開發(fā)出有源功率因數(shù)校正芯片,。使得LED整個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)達(dá)到0.9以上,。不少人誤以為采用功率因數(shù)校正以后，連同可控硅在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)都可以達(dá)到0.9以上,。這完全是誤解了,， 即使是純阻負(fù)載接上可控硅以后功率因素也會(huì)隨調(diào)光而降低。
下面是可控硅調(diào)光過程中,，帶功率因數(shù)校正(達(dá)0.96)的LED球泡燈的整套系統(tǒng)（包括可控硅在內(nèi)）的功率因數(shù)的變化（附帶也有白熾燈的數(shù)據(jù)以供比較）,。
由表中可知，不管是經(jīng)過功率因數(shù)校正的LED燈,，還是白熾燈,，在一開始時(shí)功率因數(shù)都可以達(dá)到0.96以上。但隨著可控硅的調(diào)光,，其功率因數(shù)逐步降低,，到無法再調(diào)光時(shí)，功率因數(shù)低至0.48和0.566,。所以作為整個(gè)系統(tǒng)來說,，其功率因素指標(biāo)是不符合美國能源之星的要求的。
全世界的各種可控硅調(diào)光器多達(dá)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(yàn)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(rèn)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(duì)LED調(diào)光，可以有很多辦法,，這些方法都沒有可控硅的缺點(diǎn),。下面介紹幾種最常用的方法：
6.1 采用脈寬調(diào)制PWM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，只要把電源改成開關(guān)恒流源,，用改變脈沖寬度的方法,，就可以改變其亮度。這種方法稱為脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)光法,。圖15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15. 用改變脈沖寬度的方法來改變LED的亮度
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16）,，這串LED的陽極用一個(gè)恒流源供電。
圖16. 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,？
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)字信號(hào)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。
具體獲得PWM信號(hào)的方法為在墻上的PWM開關(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）,。
圖17. 用555構(gòu)成一個(gè)PWM發(fā)生器
這個(gè)發(fā)生器的指標(biāo)如下：
1. 輸入電源：10-36V ，20mA
2. 輸出信號(hào)：200Hz的PWM信號(hào),，0-100%,，5V （也可為10V）
3. 控制路數(shù)：可控制5-10個(gè)可調(diào)光恒流源
4. 線路長(zhǎng)度：10-20m
5. 開關(guān)：可直接控制220V電源開或關(guān)
所以，它需要三根線和燈具連接,。假如還要開關(guān)燈具,，就可以采用帶開關(guān)電位器,，不過這樣一來總共需要有5根線連接到燈具。如果要利用原來墻上開關(guān),，就要再增加三根線,，這是它的主要缺點(diǎn)。它的優(yōu)點(diǎn)是可以用一個(gè)控制器來控制5-10個(gè)燈具,。
6.2 分段式開關(guān)調(diào)光
為了利用現(xiàn)有的墻上開關(guān)和墻內(nèi)的兩根線,，臺(tái)灣有一家公司推出了一種稱之為EZ-Dimming的GM6182的四段開關(guān)調(diào)光不失為一種好方案。它只利用墻上的普通電燈開關(guān)就能實(shí)現(xiàn)4段調(diào)光,，第一次開為全亮,，第二次快速開關(guān)為60%亮度，第三次快速開關(guān)為40%亮度,，第四次快速開關(guān)為20%亮度,。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以利用普通的墻上開關(guān)實(shí)現(xiàn)調(diào)光。而且其功率因素高達(dá)0.92以上,。沒有產(chǎn)生干擾信號(hào)之慮,。缺點(diǎn)是無法連續(xù)調(diào)光。還有操作麻煩一些,。它實(shí)際上可以和恒流源設(shè)計(jì)在一起（圖18）,。
圖18. 分段調(diào)光的恒流源GM6182
其指標(biāo)如下：
6.3 紅外遙控調(diào)光
LED吸頂燈作為一種高檔商品，采用紅外遙控調(diào)光更能凸顯其高檔性,。不愧為一種理想的選擇,。一個(gè)紅外遙控發(fā)射機(jī)電路如圖19所示。
圖19. 一個(gè)紅外遙控發(fā)射機(jī)電路圖
紅外遙控接收電路如圖20所示,。
圖20. 紅外遙控接收電路圖
雖然紅外遙控可以實(shí)現(xiàn)采用PWM連續(xù)調(diào)光,，但在實(shí)際使用時(shí)，也可以用作分段調(diào)光,。
七,、LED吸頂燈的指標(biāo)和性能
一個(gè)LED燈具最重要的性能指標(biāo)就是它的整體光效。所謂整體光效就是輸出光通量（以流明表示）和輸入電功率之比,，單位是每瓦流明數(shù)lm/W,。
它不但包括了LED本身的發(fā)光效率，也包括了恒流電源的效率和泡殼的透光率,。
除此以外,，還有它的色溫、顯色指數(shù)等,。
為了測(cè)試LED吸頂燈的指標(biāo),，我們通常把它放進(jìn)大型的積分球中，以便測(cè)量它所發(fā)出的全部光通量,。并對(duì)它所發(fā)出的光譜進(jìn)行分析,。
現(xiàn)在就拿圖7所示的紅外遙控LED吸頂燈為例,，測(cè)試它的性能指標(biāo)。這是一個(gè)采用168顆3014LED的紅外遙控吸頂燈,。
在不加光罩時(shí)實(shí)測(cè)的結(jié)果如下,。
1. 整體光效
總流明數(shù)1383lm，輸入交流功率=16.57W,，所以整體光效=83.46 lm/W需要說明的是其中包括了兩項(xiàng)效率,，一個(gè)紅外接收器的效率，另一個(gè)是恒流電源的效率,。而恒流電源的效率,，單獨(dú)測(cè)試的結(jié)果是89.5%（圖8）。紅外接收器的功耗為0.5W左右,，所以實(shí)際的輸入功率應(yīng)該是16W。如果不用紅外遙控器時(shí),，它的整體光效應(yīng)該是86.43lm/W,。如果再考慮電源的效率，用在LED上的電功率只有14.32W,。
這樣算下來可以得到96.5lm/W,。這應(yīng)該是LED本身的發(fā)光效率。如果改用發(fā)光效率為120lm/W的LED,，那么它的整體光效就可以達(dá)到107lm/W,，即使加上紅外接收器的功耗，整體光效也可以超過100lm/W,。
2. 色溫：6171K,，這完全是由所用的LED決定的，如果用戶要求低色溫,，就可以改用低色溫的LED,。
3. 顯色指數(shù)：Ra=76.2，這個(gè)指數(shù)相對(duì)較低,。但是實(shí)際上目前所用的顯色指數(shù)是在15種單色光上的顯色指數(shù)加以平均的結(jié)果,，它并不能完全代表它的顯色能力。因此照明信息委員會(huì)（CIE）不推薦用CRI來測(cè)定白光LED的顯色能力,。
4. 如果加上光罩以后,，它的整體光效當(dāng)然會(huì)隨之降低。而且會(huì)降低相當(dāng)多,。因此選用高透光率的光罩是很重要的事,。但是透光率過高，也會(huì)使用戶能夠看到其中的光珠,，這也是不希望的是,。尤其是如果采用1W的大功率LED,，就更加明顯，所用采用小功率的LED（例如3014）,，允許用透光率高的光罩,，這也是很重要的。
國外的一些大功率吸頂燈的性能如下：
Sharp吸頂燈
八,、吸頂燈的成本和價(jià)格
在推廣LED燈具中遇到最大的問題就是價(jià)格問題,。最突出的就是在采用LED球泡燈來取代白熾燈時(shí)，二者的價(jià)格會(huì)相差20-50倍之多,，普通白熾燈的零售價(jià)大約在1-2元人民幣,，而且和瓦數(shù)基本無關(guān)，而一個(gè)相同流明數(shù)的LED球泡燈的價(jià)錢就大約要50元到100元,。例如可以取代60瓦白熾燈的LED球泡燈至少要10W以上,，它的價(jià)錢大約為100元以上。然而,，在LED吸頂燈中,，情況就完全不同了。普及型的LED吸頂燈的價(jià)格可以做到和中檔的普通吸頂燈的價(jià)格相當(dāng),。
所以說,，可以預(yù)計(jì)，在中國家庭,，最快能夠普及的LED燈具就是LED吸頂燈,。這也說明了，LED吸頂燈的市場(chǎng)商機(jī)是最大的,。
九,、吸頂燈的市場(chǎng)
各個(gè)國家的生活習(xí)慣有所不同，對(duì)吸頂燈的需求也有所不同,。一般來說,，美國幾乎完全不用吸頂燈，美國的住房從來沒有在房間中間安裝燈具,，很多燈具都是一種立式的大型燈具,，采用插銷插到墻角的插座上，有一個(gè)墻上開關(guān)來開關(guān)一個(gè)專門的墻上插座,。而在洗手間則完全靠鏡上燈來照明,。所以可以認(rèn)為吸頂燈在美國是沒有市場(chǎng)的。而日本則和中國差不多,，很多人家都采用吸頂燈,。他們也稱為天花燈。歐洲則比較喜歡華麗的吸頂燈，只是廚房和廁所會(huì)采用普及式的吸頂燈,。
目前日本的市場(chǎng)發(fā)展最快,。
2011年5月日本的LED吸頂燈的銷售額已經(jīng)超過了普通吸頂燈
市場(chǎng)預(yù)估日本吸頂燈每年有超過300萬臺(tái)的需求,，如果以每臺(tái)100元人民幣計(jì),，該市場(chǎng)超過每年3億人民幣。但目前導(dǎo)入LED的比率僅2成（按數(shù)量）,。東芝照明(Toshiba Lighting)在日本LED吸頂燈的市場(chǎng)占有率為第1大,。
在國內(nèi)，吸頂燈被廣泛采用,。國內(nèi)普通熒光燈式吸頂燈的產(chǎn)量如下圖所示：
2010年的產(chǎn)量已經(jīng)超過6000萬支,，預(yù)計(jì)2011年產(chǎn)量將會(huì)超過7000萬支。假如在2012年產(chǎn)量為8000萬支,，其中的十分之一被LED吸頂燈所取代,，那么將會(huì)達(dá)到800萬支。假如以每支100元計(jì),，那么其市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到8億元,。
LED吸頂燈的市場(chǎng)份額如下圖所示：
其中LED吸頂燈還沒有單獨(dú)列出，可能算到其他LED燈具里,，可見LED吸頂燈還是有很大的市場(chǎng)潛力。
十,、普及LED吸頂燈對(duì)節(jié)能減排的意義重大
采用LED吸頂燈來取代普通熒光燈式吸頂燈可以大大節(jié)約電能,，從而減少二氧化碳的排放。一般來說,，每節(jié)省1度電可以減少0.272公斤二氧化碳,。從實(shí)測(cè)的結(jié)果可知，一個(gè)8W的LED吸頂燈大約可以取代16W的普通熒光燈式吸頂燈,，所以可以節(jié)電8W,。假定平均每天開燈3小時(shí)，那么每年可以節(jié)電8760度電,，相當(dāng)于減排2382.72公斤二氧化碳,。假定2012年可以生產(chǎn)800萬只LED吸頂燈，那么總共可以節(jié)電700.8億度電,，（相當(dāng)于三峽水電站一年所發(fā)的電量847億度電的82%）,。減少了0.19億噸二氧化碳的排放！
據(jù)美國國家大氣和海洋管理局（NOAA）最新報(bào)告,，大氣中二氧化碳平均濃度已由工業(yè)革命前的280ppm（ppm：百萬分之一）左右升高到了2010年的389ppm,。而中國在1992年的排放量約占全球的11%，2008年則占全球的23%，位居世界第一,。2010年全球二氧化碳排放量大幅增加,，創(chuàng)下歷史新高。2010年全球二氧化碳排放量為335億噸,，比上年增加18.8億噸,，約5.9%。中國2010年二氧化碳的排放量約為75億噸,。中國在德班氣候大會(huì)上承諾計(jì)劃在2015年的碳排放要比2010年減少15%,。如果要在2015年減少15%，就是11.25億噸,。如果到2015中國能夠采用4000萬只LED吸頂燈,，就可以減少0.95億噸二氧化碳的排放，占承諾總數(shù)的8.4%,。這是一個(gè)極為可觀的數(shù)字?。ㄗ髡撸好┯诤＃蛔髡哙]箱：[email protected]）