LED照明之高效率调光

(吴腾奇,华南师范大学)

使用LED 作照明将是越来越流行的，原因在于其效率高和寿命长，应用于住宅和商厦可调光照明到2015 年将会占全部电灯和照明灯具的一半，传统的白热灯上有许多己经安装各类的调光器，所以基于LED 的灯具或照明装置必须可兼用于这些调光器上。一般来讲LED 照明应用尝试模仿白热灯的功率损耗方式，以达至调光器的使用，这却会削弱使用LED 作为照明的理由，原因是在于效率和寿命因此而减少。更佳的方法是配合原来之TRIAC 调光器（前沿式) 和後沿式调光器的限制来工作，又不损耗无用功率。

美国2007 能源与安全决议(EISA) 开始在2012 年一月生效，在所有零售市场不再出售传统100 瓦白热灯作为一般用途的灯泡，白热灯产生的光是低于每瓦约21流明的效能有所限制，该限制正是由EISA 提出，严禁使用白热灯作为光源，相信其他的地区政府会陆续加入和效法。

萤光灯与LED 灯于今天皆提供相近的效能，但是LED 的优点却是胜人二筹，还有，正朝向性能改善道路，成本下降曲线比使用萤光灯技术的更加急剧。另外，萤光灯管内采用水银，虽然节能灯泡（也称省电灯泡) 内的水银分量对成人不构成伤害，但是弃置灯泡必须小心处理，确保不污染环境和水源。LED 灯照明更进一步受环保的欢迎，使有期超过25000 小时，相比萤光灯仅得7,000 小时。

LED 灯调光的好处

LED 照明的好处可通过调节光度至应用上需要的合适程度而进一步提高。因为调光後的电能消耗减少了。经调光的LED 灯也工作较凉快，这可节省空调费用，调光亦有进一步延长LED 灯操作寿命的作用。

日光采集是使用自然光来加强室内照明的概念，因此减少依赖人造光，达到节能目的。恰当的日光采集需人造光整天配台，遍及房问各处调节不同的光度，例如，近窗户的光源调多一些，远的可调少一共，这里。自动化调光功能可节省大量的电能。

在住宅应用上，传统的调光是通过切削给灯泡AC电源上的波形相位达至的。对于白热灯灯泡内的钨丝是完全可行的。切相（phase-cut) 调光器，不管是前沿式（基于TRIAC) 或後沿式( 基于晶体管) 的，设计是操作于电阻负载上，非常流行的基于TRIAC 调光器己安装数量以亿计基点，大的基点迫使新的LED 照明驱动器技术与现有的调光器兼容。

前沿式TRIAC 调光器只需很少的”触发”电流便开始通电，即产生切相模式，这类基于TRIAC 的调光器也需最小的“保持‘电流以保证调光器不致出现过早通电，并造成闪烁。还有，由于潜在快速的上升时问，调光器内包含有LC 滤波器。LED 汲取的电流不多，其相关的电子驱动器属于开关式电源，具有电容性输人滤波器，此与调光器内的滤波器正好对著干，于是给LED 驱动器带来一些重大的挑战。

L E D 驱动器与TRIAC 调光器交接

要完全正确触发TRIAC 调光器，LED 驱动器必须提供一条与驱动器输入电容无关的路径。这电流路径只要TRIAC 调光器在通电当中就要被禁止，以免造成不必要的功率个耗。LED 驱动器也必须要提供足够的保持电流，防止TRIAC 调光器中止通电，造成相位角错误判断和潜在闪烁。保持电流可给予LED 灯满足的，尤其在强光输出应用上。然而，当LED 灯被指令要调低光度时，LED 驱动器的电流需求可能不足以满足TRIAC 保持通电状态，因此，需增大它汲取的电流。可是，不是用来点亮LED 的功率就白白浪费。因看节能的好处升级到LED 照明上，然后又要浪费电力才能与现有基础设施工作，似乎是自相矛盾。

LED 驱动器电路应只在调光器正阻塞AC 线输入时才尝试汲取TRIAC 的触发电流，一旦TRIAC 己“点火”或已开始通电，并且在输人驱动器的AC 电压已上升，驱动器就应停止汲取触发电流。由于TRIAC 调光器开始通电之前是无电压供应，由驱动器试图汲取触发电流就不再消耗任何电力。同理。由于在输入电源消失之后LED 驱动器终止其汲取的触发电流，无功率消耗。使用这方法。触发TIR IAC 的唯一功耗是发生在前沿相位切削期。

这应相等于少于10mW 的功率不是用于LED 上，例如LM3445、LM3448 和TPS92070 等的LED 照明功率控制器都提供有调光器接口，允许使用触发电流技术。还有，可设计LED 驱动器至不用该额外的保持电流下操作，这可以忽略在前沿切相中的高和低导电角的任何“不点火”(misfire) 上达成。驱动器虽仍可实现阔范围的调光电流，但只是在一个有限的调光器行使范围内，或许4% 至100%。

例如，若果切相占空比是大于66% 导电角的话，驱动器就应提供完全的LED 电流和不理会任何的TRIAC调光器不点火，这总是会发生的，只要TRIAC 调光器试图向输人电容器充电并且充电到一个比瞬时输人电压的更高点。反之，切相占空比是小于33% 导电角的话。

LED 驱动器应输出最小电流。并不理会任何的TRIAC调光器不点火。

通过安排正确的最小电流下，LED 驱动器于66%至33% 占空比之间便满足保持电流的需求，并且消除了任何可能闪烁的发生。这种技术暗示了驱动器是有一个输人支持电容器，所以如有需要可用填谷(valley 一fill)方法以达至功率因数校正(Power Fac-tor Correction)，例如TPS92070LED 照明功率控制器很容易实现这种高效率调光技术。

虽然不经常有，但LED 照明亦可由后沿式调光器处理，所面对的情况也是一样。这是有许多控制器芯片选择适合于前沿式和后沿式调光器。包括T1 LM3445、LM3448。LM3450/A 等。