二、脉宽调制（PWM）方式
    LED类属二极管，可以快速开／关，且开关速度可以高达微秒级，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。
    脉宽调制的波形如图8所示，脉冲的周期为tpwm，脉冲宽度为ton，那么其工作比D（又称为占空比或孔度比）就是ton/tpwm，改变恒流源脉冲的工作比就可以改变LED的亮度。

    1．实现PWM调光的方法
    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，这串LED的阳极用二个恒流源供电，如图9所示。

    控制芯片输出一个PWM信号加到MOs管的栅极，让MOs管工作于开关状态，从而快速地开／关这串LED，以实现调光功能。不少恒流控制芯片本身就带一个PWM接口，可以直接接受PWM调光信号，再输出脉冲控制MOs开关管。
    2.PWM调光的频率选择
    若PWM调光脉宽频率选择得较低，人眼就会感到闪烁。为了充分利用人眼的视觉残留特性，其工作频率应当高于100Hz，最好为200Hz。
    虽然脉冲频率高于100Hz后人眼无法察觉其闪烁，但这个频率仍在人耳的听觉范围（20Hz～20kHz ）内，这时候有可能会听到“哩哩”的声音（调光引起的啸叫声）。消除这个噪声主要有以下两种方法：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，电路中的主要发声器件是输出端的陶瓷电容，因为陶瓷电容通常是由高介电常数的陶瓷制成，这类陶瓷都具有压电特性，在数百赫兹的脉冲作用下，就会产生机械振动从而发声，解决的方法是采用担电容来代替。不过，高耐压的担电容价格较贵，会增加一些成本。

3.PWM调光的优点
    PWM调光方式不会产生LED色谱偏移现象，因为流过LED的电流在0A与正常值之间跳变；该方式并不改变恒流源的工作条件（升压比或降压比），不可能使恒流源出现过热现象；即使在很大范围内调光，也不舍发生LED闪烁现象，并且具有极高的调光精确度。
    另外，由于数字信号很容易转换成PWM信号，因此该方式容易与数字控制技术相结合，从而实现自动调光（又称智能调光）功能，现已广泛用于道路、办公室、商场、学校等公共场所的LED照明系统中，下面举例说明。
    在LED路灯照明中，为了节约电能，通常的做法是在晚上12点后关灯或者将亮度降为一半，但是最合理的做法是根据交通流量来控制LED路灯的亮度。
    一款LED路灯亮度控制曲线如图10所示。为了实现这种智能调光，只需把这一曲线输入到一个单片机内，单片机根据这个曲线输出对应PWM的调光信号，控制恒流驱动电路即可。

    另外，在一些需自动根据环境光强度调节LED亮度的系统中，大多采用光敏自动调节技术，以减小在强光下不必要的电能消耗。
    一款采用光敏自动调节技术的LED照明控制电路框图如图11所示。光敏元件的作用是感受周围的环境光，如果环境光亮度够强，那么该控制电路就会输出一个PWM信号到所有靠近强环境光的LED灯具，把它们的亮度调暗。一个调光信号发生器可以调节很多LED灯具，只要这些灯具的恒流驱动源带有PWM调光控制接口。这种调光系统本身的效率高达92%。这种全自动的自适应节能调光是荧光灯、节能灯、高压钠灯等气体放电管根本无法实现的，而这却是LED灯具最擅长的。

    三、可控硅调光方式
    前面两种方法是采用直流电源LED的调光方案，下面介绍采用交流电源的LED调光方案。
在介绍之前，先说说普通白炽灯和卤素灯通常采用交流电源的调光方案—可控硅调光方式。白炽灯和卤素灯是一个纯电阻器件，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，就可以实现调光。
    可控硅调光就是对交流电的正弦波加以切割，从而达到改变其有效值的目的，其电路原理图如图12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R就是白炽灯负载，即负载是和可控硅开关是串联的。

    改变可调电阻W的连入电路的阻值就可改变可控硅的导通角，从而改变加在R两端的交流电压的有效值，达到调光的目的。通常电位器W带一个开关，接在交流电压的输入端，用于开／关灯。
      1．可控硅调光的缺，4
    可控硅电路破坏了正弦波的波形，从而降低了功率因数值（PF），通常PF低于0.5，并且导通角越小，功率因数越低；同时，非正弦波形增大了谐波系数，会在线路上产生严重的干扰信号（EMI）。
    另外，可控硅调光方式在负载较轻时易出现不稳定现象，为此还必须加上一只泄流电阻，而这个泄流电阻至少有一两瓦的功率消耗。
    2.LED的可控硅调光方式
    虽然可控硅调光方式存在上述缺点和问题，但是其电路简单，成本低廉，绝大多数的白炽灯、卤素灯均采用该调光方式。如果想用LED取代可控硅调光的白炽灯和卤素灯，则要求LED的调光也要和可控硅调光兼容。具体来说，在一些已经安装了可控硅调光的白炽灯或卤素灯的地方，墙上已经安装了可控硅的调光开关和旋钮，墙壁里也已经安装了通向灯具的两根连接线。要更换墙上的可控硅开关且增加连接线的数目都不是那么容易，最简单的方法就是什么都不变，只要把灯头上的白炽灯拧下，换上带有兼容可控硅调光功能的LED灯泡即可。这一思路就像市场上的LED日光灯一样，做成和现在的T10、T8荧光灯尺寸、大小完全一样，如图13所示，不需要专业电工，普通用户就可以直接更换，这样才可能很快普及。

    如果将普通可控硅调光电路用于LED驱动电源中，LED驱动电源会发出噪声，LED灯组会闪烁，其原因是LED驱动电源中输入端的LC滤波器会使可控硅产生振荡。这种振荡对于白炽灯是无所谓的，因为白炽灯的热惯性使得人眼根本看不出这种振荡，但是对于LED来讲就相当明显了。
    综上所述，要实现LED的可控硅调光方式，就得对LED的驱动电路重新设计。为此，国外很多厂家已开发出多款可以兼容可控硅调光方式的LED驱动IC。目前，市面上主要有以下四种兼容可控硅调光的LED驱动IC：恩智浦的SSL2101/2、国半的LM3445、 iWatt的iW3610和OnSemi的NCL3000，各IC的主要特点见表1。

    值得一提的是，尽管多个大芯片公司都推出了兼容现有可控硅调光方式的芯片和解决方案，但是这类解决方案是不值得推荐的，主要原因如下：1．可控硅技术是具有半个多世纪的陈旧技术，它具有很多缺点，是一种早该淘汰的技术。2．很多芯片自称具有PFC功能，可以改善功率因数，实际上，它只改善了作为可控硅负载的功率因数，使它们看上去接近纯电阻的白炽灯和卤素灯，并没有改善包括可控硅在内的整个系统的功率因数。3．所有兼容可控硅的LED调光系统的整体效率都十分低下，有些还没有考虑为了稳定工作而需要的泄流电阻的损耗，完全丢弃了LED的高能效特点。4.所有的可控硅 LED调光系统也都是采用调节LED的正向电流的方式，仍存在前面所述的LED色谱偏移等缺点。5．绝大多数安装可控硅调光的都是台灯、床头灯、立灯，与之配套的有几十种不同规格的可控硅和晶体管调光开关，现已开发的IC根本不可能兼容所有的可控硅开关，而只能兼容其中的一小部分。总之，LED是一种全新的新技术产品，有着无可比拟的优越性，完全没有必要为了照顾落后的可控硅而牺牲自身的优点。

上一页  [1] [2]