引言

照明設(shè)計(jì)者首先需考慮發(fā)光強(qiáng)度（計(jì)量單位為坎德拉,，cd）或光通量，還要考慮被照物或被照平面所得到的光照度（計(jì)量單位為勒克斯,，lx）,。假如我們有一個10W的LED臺燈，發(fā)出來的總光通量是600lm,若這600lm全部集中在1m2的桌面,，那桌面的照度就是600lx,。

不同的照明位置和不同的公共場所，有不同的照明需求標(biāo)準(zhǔn),。例如,，在商店照明中，明亮的食物可刺激食欲,；珠寶,、鐘表、衣飾等有明亮的照度可刺激購買欲,；彩印,、畫廊、博物館,、診療室等都要有1000lx的照度,。辦公室、教室,、工廠,、生產(chǎn)線等的照明則要求300~800lx。車站,、機(jī)場,、大樓大廳、走廊等非工作場合有100~300lx即可,。而在公園,、停車場、街道則可低到10~50lx,。按照實(shí)際需求,，采用不同光源。好的照明設(shè)計(jì)不僅節(jié)能省電,，而且也符合環(huán)保要求,。

1 調(diào)光的作用和意義

燈光是人工照明，為夜晚或自然光不足的場合提供足夠的照度。但燈光消耗電力,，在不需要時(shí)關(guān)掉燈光可節(jié)約能源,。不過在有些時(shí)段和情況下，如果可把燈光調(diào)到較暗的程度（25%~50%）,，也是可以顯著降低能源消耗的（-50%~-75%）,。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國的照明負(fù)載約占總用電量的20%,亦即照明將消耗發(fā)電系統(tǒng)約20%的功率,。帶可調(diào)光的照明產(chǎn)品比不帶調(diào)光功能的照明產(chǎn)品更節(jié)能,，實(shí)現(xiàn)照度和光通量的調(diào)節(jié)就是調(diào)光器的作用。因此,，在照明設(shè)計(jì)中,，充分發(fā)揮調(diào)光的作用，就完全可以達(dá)到大幅度節(jié)能的目的,。

2 現(xiàn)有的調(diào)光方式

2.1 電阻式調(diào)光

過去,，曾采用最原始的電阻式調(diào)光，如圖1所示,，在照明電路中由一個可變電阻進(jìn)行調(diào)光,。應(yīng)用非常簡單，也不會產(chǎn)生干擾,，但其分壓原理是讓電能不完全用在燈具（電器）上,，沒有效率可言。調(diào)暗燈光時(shí),，調(diào)光電阻因分壓過多而產(chǎn)生大量的熱能,，造成能源的浪費(fèi)和環(huán)境的劣化。故取而代之的是可控硅調(diào)光方式,。

圖1 電阻式調(diào)光

2.2 可控硅調(diào)光

如圖2所示,，可控硅調(diào)控技術(shù)的基本原理是：利用RC移相來延遲觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)斬波,，改變電壓的均方根值（有效值為Vrms）,。同時(shí)，利用雙向可控硅（DIAC）導(dǎo)通電壓的對稱性,，達(dá)到可控硅（TRIAC）的對稱觸發(fā)。故改變電阻值就可得到不同的導(dǎo)通角,，應(yīng)用切相原理,，減少Vrms,以降低普通負(fù)載（電阻負(fù)載）的功率。

圖2 改變電阻值可得到不同的導(dǎo)通角

因此效率較高,，性能也穩(wěn)定,。圖3為可控硅調(diào)光器的工作原理圖。

圖3 可控硅調(diào)光的工作原理圖

可控硅技術(shù)在工作中的特性（I-V特性）如圖4所示。根據(jù)I-V特性可知：TRIAC在導(dǎo)通后,，需要維持最小電流（維系電流Ihold）來保持導(dǎo)通,，否則會恢復(fù)到截止?fàn)顟B(tài)；不同的TRIAC會有不同的Ihold值,，通常在幾毫安到幾十毫安之間,，有的甚至到50mA才能穩(wěn)定導(dǎo)通。現(xiàn)在市場上能買到的不同牌號,、不同種類的調(diào)光器,，100W,200W,600W~1000W,功率越大就越需要大的維系電流。如果沒有足夠的Ihold來保證TRIAC穩(wěn)定的導(dǎo)通角,，那么輸出的波形就會不均勻,，產(chǎn)生額外的顫動和尖峰，影響輸出的Vrms,。

圖4 可控硅技術(shù)在工作中的特性（I-V特性）

2.3 LED照明常見的調(diào)光方法

LED照明調(diào)光通常有三種方法：

（1）線性調(diào)光,；

（2）脈沖寬度（PWM）調(diào)光；

（3）可控硅調(diào)光,。

其中,，線性調(diào)光如圖5所示。調(diào)節(jié)電流感應(yīng)電壓閾值,，就可調(diào)節(jié)流過LED電流的大小,。圖5中SSD1075的電流感應(yīng)電壓閾值是1.2V,我們在其LD腳上輸入0~1.2V的直流電壓，以實(shí)現(xiàn)LED電流的線性調(diào)節(jié),。實(shí)測SSD1075的調(diào)光曲線,，可以看出從0~1.2V輸入到LD時(shí)，LED電流呈線性調(diào)節(jié),。線性調(diào)光的缺點(diǎn)是需要額外的直流電壓源,。而且由于電流感應(yīng)電壓閾值一般會設(shè)置得較低，其抗干擾能力較差,，會產(chǎn)生閃爍,。

圖5 線性調(diào)光

脈寬PWM調(diào)光如圖6所示。通過改變PWM輸入脈沖信號的占空比來調(diào)制LED驅(qū)動芯片對功率場效應(yīng)管的柵極控制信號,，就可調(diào)節(jié)通過LED電流的大小,。實(shí)測SSD1075的調(diào)光曲線可知，占空比從0~100%變化時(shí),，LED電流呈線性調(diào)節(jié),。此法的缺點(diǎn)是需要額外的PWM信號源，且脈寬調(diào)制信號頻率與LED驅(qū)動芯片對功率FET的柵極控制信號頻率越接近,，其線性就越差,。

圖6 脈沖寬度PWM調(diào)光

線性調(diào)光和PWM調(diào)光在家用及商業(yè)應(yīng)用上的最大問題,，不是增加負(fù)載分壓電路或產(chǎn)生控制脈沖信號的麻煩，而是因?yàn)檫@兩種方法都需要控制線路,。而在傳統(tǒng)的燈具上,，只具備兩個電觸點(diǎn)。如需加控制線,，就無法做到替換性改造了,，所以LED燈具一定需要兼容現(xiàn)有的SCR調(diào)光控制技術(shù)。

可控硅調(diào)控就是在芯片里或者應(yīng)用電路上,，在切相電源中提取導(dǎo)通角信息,，并根據(jù)該信號控制來調(diào)控LED的驅(qū)動電流，以達(dá)到調(diào)光的效果,。

根據(jù)SSD1075的可控硅調(diào)光曲線,，可看出LED電流與可控硅調(diào)光呈線性調(diào)節(jié)，如圖7所示,。

圖7 可控硅調(diào)光原理圖及調(diào)光曲線

3 可控硅調(diào)光在應(yīng)用中出現(xiàn)的問題及其解決方法

3.1 可控硅調(diào)光會出現(xiàn)100Hz的頻閃

如圖8所示,，電網(wǎng)的工頻為50Hz,切相波形整流后就可得到100Hz的脈沖信號，因而可直接用來產(chǎn)生調(diào)光的PWM信號,。但在實(shí)際應(yīng)用中,，只要有任何輕微的電壓波動或電流的變動，都會影響脈沖的占空比,，這樣就相當(dāng)于一個100Hz的閃爍,。因此，不能直接把切相波形用來調(diào)光,，需要把調(diào)制信號頻移至更高的頻段,，使人眼察覺不出閃爍現(xiàn)象。具體實(shí)施是通過SSD1075把調(diào)光信號調(diào)至更高的頻段,，如圖8所示,。

圖8 100Hz的頻閃及其解決方法

3.2 可控硅調(diào)光的負(fù)載問題

可控硅調(diào)光器要穩(wěn)定工作，就需要有穩(wěn)定的Ihold來保障調(diào)光器工作,。而大部分的LED電源都是非線性開關(guān)電源,，加上現(xiàn)在的LED很節(jié)能，整燈功率不高,，故TRIAC的工作狀態(tài)不穩(wěn)定,。由于可控硅的導(dǎo)通需要一定的電流，而LED負(fù)載不是線性的,，其所需的輸入電流是變化的,，故可控硅的導(dǎo)通狀態(tài)和觸發(fā)電壓也會像圖9那樣，隨之發(fā)生變化,。解決方法是在SCR信號輸入端之前,，加入虛擬負(fù)載，產(chǎn)生一個穩(wěn)定的10~30mA負(fù)載給TRAIC,。從圖10可見,，SCR的波形有了明顯的改善。

圖9 可控硅的導(dǎo)通狀態(tài)和觸發(fā)電壓的變化

圖10 加入虛擬負(fù)載明顯改善波形

3.3 可控硅調(diào)光的負(fù)載過熱問題

如上所述,，加入虛擬負(fù)載以后,，按10~30mA計(jì)算，其功耗則為P=2500.01~2500.03=2.5W~7.5W,可以設(shè)想一個7.5W的虛擬負(fù)載如放在一個E27球泡燈內(nèi)是斷不可行的,，況且效率也很低,，因此，一定要讓虛擬負(fù)載電流達(dá)到盡可能的?。↖10mA）,。此外，還要能夠準(zhǔn)確地解析出導(dǎo)通角信號,，因而需要應(yīng)用信號濾波技術(shù),，把截取進(jìn)來的信號進(jìn)行整形濾波，以便提高調(diào)光信號的可用性,。

3.4 可控硅調(diào)光器的缺點(diǎn)

硅控調(diào)光器會成為未來LED照明的主流調(diào)光方式嗎,？答案是相當(dāng)不樂觀的。硅控調(diào)光器的主要缺點(diǎn)如下,。

（1）功率因數(shù)劣化

這一調(diào)光方式的原理是：通過其主要構(gòu)成組件的硅控管,，用來截取交流電壓部分導(dǎo)通角度，以改變燈具的輸入功率,。但導(dǎo)通角愈短,，功率因數(shù)就愈差。調(diào)到1/4亮度時(shí),，功率因數(shù)將低于0.25,。

（2）效率下降

因?yàn)樵谡{(diào)暗時(shí)，負(fù)載不足,，會造成硅控管提早關(guān)閉,，使其用來改變硅控管導(dǎo)通角度的可調(diào)電阻與導(dǎo)通角度的錯亂，進(jìn)一步導(dǎo)致LED燈操作無法穩(wěn)定和閃爍不定的問題,。為此,，通常藉加裝泄流電阻（bleederordummyload）來解決。這樣,，用bleeder來消耗功率以保持硅控管的正常操作,，就違背了原先調(diào)光節(jié)能的初衷。

（3）難于匹配

要開發(fā)一種與市面上數(shù)十廠牌硅控調(diào)光器都保證兼容的可調(diào)光LED燈具是相當(dāng)困難的,。有關(guān)匹配問題可參閱NxpApplicatiONNoteAn10754,。

（4）高安裝成本和有限的應(yīng)用市場

鑒于上述原因,，LED照明業(yè)者若能開創(chuàng)出一種接近零成本、不需要改變接線,、不需要昂貴的遙控調(diào)光器,，又能維持高效率與高功率因數(shù)，能便于推廣普及的調(diào)光方式,，這對LED照明實(shí)現(xiàn)節(jié)能和開拓廣闊的應(yīng)用市場都是非常重要的,。

4 LED照明調(diào)光用的理想驅(qū)動IC

對照明這種傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，最可行的標(biāo)準(zhǔn)就是原來的標(biāo)準(zhǔn),；最容易的方案就是不需改變現(xiàn)狀,。迄今為止，比較成功的LED照明產(chǎn)品,，都是造型和使用方式與傳統(tǒng)的燈泡和燈管很相似,。因而可以推測，最可行的調(diào)光方式,，就是不制定新標(biāo)準(zhǔn),，不改變現(xiàn)狀，不需要改變接線,，不增加任何調(diào)光裝置就能達(dá)到調(diào)光功能的一種方案,。

EZDimming就是按照四段調(diào)光的基本概念，把調(diào)光功能內(nèi)建（BuiltIn）在LED驅(qū)動集成電路之內(nèi)的理想調(diào)光方式,。沒有任何其他外接零件的需要,，同時(shí)在各段調(diào)光準(zhǔn)位時(shí)，都能維持高效率和高功率因數(shù),。圖11為LED照明調(diào)光用的驅(qū)動IC,。

圖11 高功因,、高效率， 具有調(diào)光功能的驅(qū)動集成電路

EZDimming偵測wallswitch切換次數(shù),，來改變調(diào)光準(zhǔn)位,。自全亮開始循序降到六分亮、四分亮,、二分亮,。并且在任何調(diào)光階段，都能維持高于0.90的功率因數(shù),，高于80%的效率,。切換柔和平穩(wěn)，完全沒有浪涌電流或噪音的不良現(xiàn)象,。線路精簡,，幾乎是零增加硬件成本,。與其他現(xiàn)有的各式調(diào)光方案對比，EZDimming不只是賦有超越性的功能優(yōu)勢,，而且不需要改變接線或任何硬件,，裝置成本最低。只要將傳統(tǒng)的燈泡,、日光燈管或者節(jié)能燈泡拆卸下來，再裝上配有EZDimming的LED燈,，立即可以將一個原先毫無調(diào)光功能的照明器具或系統(tǒng),，改成一個具有調(diào)光功能、既節(jié)能又環(huán)保的照明系統(tǒng),。