解析基于直流电源和交流电源的LED调光技术

工作

一般人可能认为向下调光是降低恒流源的输出功率，所以不可能会引起降压型恒流源的功耗加大而温升增高。殊不知当降低正向电流时所引起的正向电压降低会使降压比降低。而降压型恒流源的效率是和降压比有关的，降压比越大，效率越低，损耗在芯片上的功耗越大。图6是SLM2842J的效率和降压比的关系曲线。

图6 降压型恒流源的效率和降压比的关系

图中的输入电压为35V，输出电流为2A，当输出电压为30V时，效率可以高达97.8%。但是当输出电压降低到20V时，效率就降为96%;当输出电压降低为10V时，效率就降低为92%。在这三种情况下，尽管其输出功率依次为60W，40W和20W，但是其损耗功率却依次为1.2W，1.6W，1.6W。后两种情况下功耗增大了33%。假如恒流模块的散热系统设计得非常临界，增加33%的耗散功率就有可能会使芯片的结温升高，以致发生过温保护而无法工作，严重时也有可能使芯片烧毁。

1.5 调节正向电流无法得到精确调光

因为正向电流和光输出并不是完全正比关系，而且不同的LED会有不同的正向电流和光输出关系曲线。所以用调节正向电流的方法很难实现精确的光输出控制。

二.采用脉宽调制(PWM)来调光

LED是一个二极管，它可以实现快速开关。它的开关速度可以高达微秒以上。是任何发光器件所无法比拟的。因此，只要把电源改成脉冲恒流源，用改变脉冲宽度的方法，就可以改变其亮度。这种方法称为脉宽调制(PWM)调光法。图7表示这种脉宽调制的波形。假如脉冲的周期为tpwm，脉冲宽度为ton，那么其工作比D(或称为孔度比)就是ton/tpwm。改变恒流源脉冲的工作比就可以改变LED的亮度。

图7 用改变脉冲宽度的方法来改变LED的亮度

2.1 如何实现PWM调光

具体实现PWM调光的方法就是在LED的负载中串入一个MOS开关管(图8)，这串LED的阳极用一个恒流源供电。

图8 用PWM信号快速通断LED串

然后用一个PWM信号加到MOS管的栅极，以快速地开关这串LED。从而实现调光。也有不少恒流芯片本身就带一个PWM的接口，可以直接接受PWM信号，再输出控制MOS开关管。那么这种PWM调光方法有那些优缺点呢?

2.2脉宽调制调光的优点

1.不会产生任何色谱偏移。因为LED始终工作在满幅度电流和0之间。

2.可以有极高的调光精确度。因为脉冲波形完全可以控制到很高的精度，所以很容易实现万分之一的精度。

3.可以和数字控制技术相结合来进行控制。因为任何数字都可以很容易变换成为一个PWM信号。

4. 即使在很大范围内调光，也不会发生闪烁现象。因为不会改变恒流源的工作条件(升压比或降压比)，更不可能发生过热等问题。

2.3 脉宽调光要注意的问题

1. 脉冲频率的选择 因为LED是处于快速开关状态，假如工作频率很低，人眼就会感到闪烁。为了充分利用人眼的视觉残留现象，它的工作频率应当高于100Hz，最好为200Hz。

2. 消除调光引起的啸声： 虽然200Hz以上人眼无法察觉，可是一直到20kHz却都是人耳听觉的范围。这时候就有可能会听到丝丝的声音。解决这个问题有两种方法，一是把开关频率提高到20kHz以上，跳出人耳听觉的范围。但是频率过高也会引起一些问题，因为各种寄生参数的影响，会使脉冲波形(前后沿)产生畸变。这就降低了调光的精确度。另一种方法是找出发声的器件而加以处理。实际上，主要的发声器件是输出端的陶瓷电容，因为陶瓷电容通常都是由高介电常数的陶瓷所做成，这类陶瓷都具有压电特性。在200Hz的脉冲作用下就会产生机械振动而发声。解决的方法是采用钽电容来代替。不过，高耐压的钽电容很难得到，而且价钱很贵，会增加一些成本。

第二部分 采用交流电源的LED调光

三.用可控硅对LED调光

普通的白炽灯和卤素灯通常采用可控硅来调光。因为白炽灯和卤素灯是一个纯阻器件，它不要求输入电压一定是正弦波，因为它的电流波形永远和电压波形一样，所以不管电压波形如何偏离正弦波，只要改变输入电压的有效值，就可以调光。采用可控硅就是对交流电的正弦波加以切割而达到改变其有效值的目的。其电原理图如图9所示。虚线部分就是安装在墙上的可控硅调光开关。a-b之间的电阻就是白炽灯负载。所以负载是和可控硅开关串联的。

控制开关

图9. 可控硅调光的电路图和波形图

改变可变电阻的分压比就可以改变其导通角，从而实现改变其有效值的目的。通常这个电位器带一个开关，接在n的输入端，用于开关灯。除了可控硅以外，还有晶体管后沿调光技术等等，因为它们的基本问题是相同的，就不在此介绍了。

3.1 可控硅调光的缺点和问题

然而，可控硅调光存在一系列问题。

1. 可控硅破坏了正弦波的波形，从而降低了