調(diào)光是LED驅動技術發(fā)展的一大方向，在技術實現(xiàn)上有可控硅和PWM兩種調(diào)光方式?？煽毓柙谔鎿Q方案中頗具優(yōu)勢，而PWM更符合人們對LED調(diào)光精度、效率以及效果的要求?；谠淼牟煌?，二者有著不同的設計考量。

　　LED應用市場正處于快速發(fā)展期。高品質體驗帶來的用戶認可以及政府政策的推動，已經(jīng)使得越來越多的人開始關注LED產(chǎn)業(yè)。由于該產(chǎn)業(yè)上游的晶片、封裝等環(huán)節(jié)較為高端，且受到設備和原材料的制約，許多廠商選擇從LED驅動環(huán)節(jié)切入，尤其是之前從事開關電源產(chǎn)品開發(fā)的廠商，幾乎全體轉入了LED驅動技術領域。調(diào)研機構iSuppli預計，2009~2013年間，中國LED驅動器將以4.4%的年復合增長率增長，其中2010年年增長率達9.6%，規(guī)模達1.277億美元，預計2013年中國LED市場規(guī)模將達到1.39億美元。

　　就LED照明驅動技術而言，電源部分多延用了原來的開關電源技術。“市面上的LED驅動基本上就是之前已經(jīng)成熟應用的開關電源。如果是基于電壓控制的IC，最多再加一個恒流的外圍電路而已?！鄙钲陂L運通光電技術有限公司設計總監(jiān)文茂強坦言道。所以，就LED驅動電源部分來說，各個公司的產(chǎn)品由于基于成熟的開關電源技術，差異并不大，要想突圍而出就需要在驅動控制環(huán)節(jié)上多下功夫，其中調(diào)光技術作為LED照明驅動控制技術中最有發(fā)展前景的技術而被普遍看好?！罢{(diào)光是LED照明驅動技術發(fā)展的大趨勢。”

　　一、三大調(diào)光技術比較

　　“調(diào)光的需求分為三類：一是功能型調(diào)節(jié)光線的需要，如進門的玄關、會議室等；二是家居生活中舒適性和生活格調(diào)的體現(xiàn)，燈光的明暗搭配既可以根據(jù)環(huán)境的需要進行調(diào)節(jié)，也可以起到烘托氛圍的作用；三是環(huán)保節(jié)能的需要，同時也是能源之星提出的最新的需求?！本чT科技高級設計工程師潘俊解釋道。他認為，驅使調(diào)光技術成為LED驅動技術未來發(fā)展方向的主要原因是節(jié)能。節(jié)能是LED最突出的優(yōu)點之一，也是政府發(fā)布政策推動該技術應用的重要依據(jù)。在普通照明中，如果引入調(diào)光技術，可以更大地發(fā)揮LED照明的節(jié)能優(yōu)勢，如圖2所示，白色的曲線是室外環(huán)境光的亮度，黑色曲線是室內(nèi)燈光的亮度?！案鶕?jù)室外的光線調(diào)節(jié)室內(nèi)的光線，可以節(jié)省約80%的能源。”

　　目前市面上LED調(diào)光的方式主要有三種：一是線性調(diào)光，二是可控硅調(diào)光，三是PWM調(diào)光。三種調(diào)光技術各有優(yōu)劣。

　　1、線性調(diào)光主要基于簡單的分壓原理，其優(yōu)點是應用簡單，不產(chǎn)生干擾，缺點在于不靈活、效率低下，而且在降低LED電流的時候，會引起白光LED向黃色光譜偏移，同時還會因為分壓產(chǎn)生過多的熱量。

　　2、可控硅調(diào)光是目前在白熾燈和節(jié)能燈應用中被普遍采用的一種調(diào)光方式。它的工作原理是將輸入電壓的波形通過導通角切波之后，產(chǎn)生一個切向的輸出電壓波形。應用切向的原理，可減少輸出電壓的有效值，以此來降低普通負載(電阻負載)的功率。可控硅調(diào)光的優(yōu)點在于工作效率較高，性能穩(wěn)定。但是基于其工作原理，在應用時也存在一些設計缺陷，缺陷的根源在于可控硅導通后需要一個維持電流來保持導通，否則會恢復到截止狀態(tài)。不同的可控硅維持電流不同，通常在幾mA至幾十mA之間，有的甚至達到50mA。而功率越大，需要的維持電流就越大，如果維持電流不夠，則導通角不穩(wěn)定，輸出的波形也會不均勻，而且會產(chǎn)生顫動和尖峰，當將這樣的不穩(wěn)定輸出加到LED上時就會出現(xiàn)閃爍。之前的白熾燈由于是線性負載，而且工作電流一般都會超過50mA，所以不會出現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象，因此目前市面上適用于白熾燈的可控硅調(diào)光器不直接適用于LED產(chǎn)品，需要對其進行設計改進以符合LED的工作特性。

　　3、PWM調(diào)光技術目前被認為是最有前景的LED調(diào)光技術。在進行脈沖寬度PWM調(diào)光時，需要提供一個額外的脈沖寬度調(diào)節(jié)信號源。通過改變輸入的脈沖信號占空比來調(diào)制LED驅動芯片對功率場效應管的柵極控制信號，從而達到調(diào)節(jié)通過LED電流大小的目的。這種調(diào)光技術的優(yōu)點在于應用簡單、效率高、精度高，且調(diào)光效果好，缺點是由于一般LED驅動器都基于開關電源原理，如果PWM調(diào)光的頻率為200~20kHz之間時，LED驅動器周圍的電感和輸出電容容易產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲。此外，在進行PWM調(diào)光時，調(diào)節(jié)信號的頻率與LED驅動芯片對柵極控制信號的頻率越接近，線性效果就越差。

　　雖然PWM調(diào)光技術前景被普遍看好，但是在目前LED照明替換市場潛力巨大的前提下，終端系統(tǒng)廠商多從替換燈具的可行性角度出發(fā)，更偏好可控硅調(diào)光技術。潘俊指出，線性調(diào)光和PWM調(diào)光在家用以及商業(yè)應用上都存在無法替換性改造現(xiàn)有燈具的問題?！皩⒕€性調(diào)光和PWM調(diào)光應用在家庭照明或者商業(yè)照明時，遇到的最大問題不是需要增加負載分壓電路和提供脈沖控制信號的問題，而是這兩種方法都需要控制線路。由于傳統(tǒng)的燈具只有兩個電觸點，如果要加上線性或者PWM調(diào)光功能，就需要改變燈具設計，增加控制線，因此也就無法順暢地做到替換性改造了。LED燈具如果兼容現(xiàn)有的可控硅調(diào)光控制技術，則很容易實現(xiàn)替換性改造。只不過將可控硅調(diào)光器應用到LED上時，還需要做一些適應性的改變。”

　　用可控硅進行LED調(diào)光設計時會出現(xiàn)四種設計問題，分別是100Hz頻閃、穩(wěn)定性差、負載過熱、不同可控硅調(diào)光工作范圍不一致。只有針對以上問題進行改進設計后，才能使可控硅調(diào)光技術更好地符合LED工作特性。

　　以下這四種問題的解決方式分別進行了分析：

　　1.用頻移解決100Hz頻閃的問題，電網(wǎng)的頻率是50/60Hz，在進行整流后，可以得到一個100/120Hz的脈沖信號，當用此來作為調(diào)光信號時，一旦電流發(fā)生變化，就會影響到脈沖的占空比，從而出現(xiàn)一個100Hz左右的頻閃。之前在白熾燈中沒有這樣的頻閃，是因為燈泡鎢絲有物理惰性。解決LED照明中這種頻閃的辦法是將調(diào)制信號頻移到更高的頻段，使人肉眼看不出閃爍?！熬чT科技的相關產(chǎn)品將調(diào)光信號調(diào)至幾KHz，可以很好地解決LED照明中的頻閃問題?！?

　　2.用虛擬負載解決調(diào)光的穩(wěn)定性問題?？煽毓枵{(diào)光需要有穩(wěn)定的維持電流來保障其穩(wěn)定工作。由于LED電源大多是非線性的開關電源，其所需的輸入電流是變化的，因此可控硅的導通狀態(tài)和觸發(fā)電壓也會隨著LED輸入電流的變化而發(fā)生變化。此外，由于LED節(jié)能的特性，燈具的功率不高，這也是導致可控硅工作不穩(wěn)的因素之一。所以，當可控硅信號直接轉換成脈沖寬度調(diào)節(jié)信號時，會因為LED電流的變化而造成燈光的閃爍。解決該問題的途徑是在可控硅信號輸入端之前加入虛擬負載，用一個穩(wěn)定的10~30mA負載來改善可控硅的輸出波形。

　　3.控制負載電流，采用濾波、平滑和鎖定技術解決負載過熱和閃爍的問題。用以穩(wěn)定可控硅波形的虛擬負載會產(chǎn)生一定的功耗和熱量，以250V輸入電壓為例，如果虛擬負載為10mA時，其帶來的功耗為250V×10mA=2.5W；如果虛擬負載為30mA時，其帶來的功耗為250V×30mA=7.5W?！霸谟肔ED照明作為替代性光源時，如果將一個帶有7.5W虛擬負載的電路放在直徑僅為2.7cm的E27球泡燈里顯然是不可行的，效率也會很低?！迸丝≈赋?，“目前解決負載過熱的最好辦法是盡量控制虛擬負載電流到足夠低，這個電流至少應該在10mA以內(nèi)?！?

　　在為了控制負載過熱而降低虛擬負載電流時，會出現(xiàn)兩種不良狀況。一是如何在盡量小的虛擬負載前提下，準確地解析出導通角信號。目前普遍采用的方法是通過信號濾波技術，把截取進來的信號進行整形濾波，以提高調(diào)光信號的可用性。另一種不良狀況是負載不足時信號不穩(wěn)，從而導致LED閃爍。潘俊指出可以通過加入信號平滑及鎖相技術來解決該問題。“把相鄰的兩個導通角信號平滑鎖定，就可以很好地減少閃爍的情況發(fā)生?！?

　　4.用線性擴展和γ補償解決可控硅調(diào)光工作范圍不一致問題。在電路設計中，用來確定可控硅導通角的電阻和電容的不同搭配會產(chǎn)生不同的導通角開啟和截止位置。潘俊指出：“市面上不同型號調(diào)光器的導通角大小、寬窄各不一樣，我們需要將可控硅較窄的導通角進行線性擴展，這樣才能讓大部分的LED燈具能夠在不同的調(diào)光器下得到較為一致的調(diào)光效果。”據(jù)他介紹，晶門科技還在可控硅調(diào)光產(chǎn)品中引入了非線性的γ補償，以使亮度調(diào)節(jié)更符合人眼的需要。