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深度解析:LED究竟怎样调光?

从LED特性来说,固态照明可以很平滑的调光,但为了兼容传统调光技术,就出现问题了。调光经常用于酒店和剧院,用来营造气氛,创造亲密的感觉,愉悦食客和观众。对于会议室和报告大厅来说,调光还可以降低能耗和增

LED特性来说,固态照明能够很滑润的调光,但为了兼容传统调光技能,就出现问题了。

  调光常常用于酒店和剧院,用来营建气氛,发明密切的感觉,愉悦门客和观众。关于会议室和陈述大厅来说,调光还能够下降能耗和增强空间的功用。虽然调光得到大规模运用,但调光器合作传统光源运用时依然存在一些问题,比方下降白炽灯的效能,危害荧光灯的寿数。

  固态照明体系与技能联盟(ASSIST)组织者,照明研究中心(LRC)主管,Nadarajah Narendran说:当今装置的大部分调光体系都是相位操控器。它们开端是针对白炽灯规划的,经过堵截每半个工频周期内的输入电流来削减光输出。调光的实质是相位操控器暂时的堵截输入电压来削减向光源输入的功率。由于每一次堵截输入电流都发生在沟通正弦波中,它们也被称为切相调光器。

  切相调光器每秒钟堵截120次,或许堵截次数等于沟通电传递电力给输电线的频率。由于白炽灯的钨丝加热和冷却的速度比较慢,所以人眼看到的光源亮度是以稳定的水平下降的。堵截的时刻越长,灯越暗。

  并不是一切相位操控器都从沟通正弦波的同一方向堵截。三端双向可控硅器材(TRIAC)用于白炽灯和卤素灯调光,它从正弦波的前相开端堵截,在堵截点方位,输入电压刚过零,输入电流刚反向。因而,它也被叫做前相操控调光器,前相操控调光器会在开端导通的时分发生电流尖峰,此尖峰电流会引起蜂鸣声和添加电子驱动器的压力。

  反相操控调光器能够防止上述问题,由于它是从沟通正弦波的后半部分或许说是后沿开端堵截调光器。反相操控调光器在输入电流刚改动方向时导通,它答应电压逐步升高,然后鄙人一个半周期内堵截它。反相操控调光器也被叫做电子低压(ELV)调光器,用于进步运用电子变压器的卤素灯的功用。

  图:三端双向可控硅器材(TRIAC)在前相方位堵截向光源输入的功率,堵截发生在输入电压刚过零与输入电流刚改动方向时。反相操控调光器(ELV)在沟通正弦波的后沿堵截。

  LED怎样调光?

  作为恒流源,LED天然生成就能够调光。Narendran 说:“流过LED灯珠的电流决议了光的输出”。它们的亮度能够很简略地经过操控贴在衬底上的半导体资料层的通电电流来调理。

  在美国能源署(DOE)修建技能办公室担任照明项目的司理詹姆斯.布罗德里克说:LED不像传统光源,调光并不会影响LED的功率和寿数。事实上,调光能够下降它们的作业温度,从而延伸LED的寿数。

  此外,LED的调光规模比紧凑型荧光灯和高强度放电灯更广。比较于紧凑型荧光灯10%~30%的调光剩下(数据来源于美国电气制作协会NEMA),高强度放电灯30%~60%的调光剩下(数据来源于美国照明产品信息工程NLPIP),LED的调光剩下能做到输出全载的1%以下。

  任何LED器材,假如要做成替换光源或许LED灯具,都需求一个驱动器才干完成调光。由于LED都是低压直流源,LED需求电子驱动器把沟通转化成可利用和可调理的直流电流。这些驱动器分为两种调光方法。在脉宽调制(PWM)方法中,经过LED的电流以很高的频率通断,“通常是每秒几千次”,Narendran 说。“经过LED的电流就等于LED开关周期内的电流均匀值。”经过削减LED的通电时刻能够下降均匀电流或许有用电流,从而下降LED的亮度。

 LED和传统光源相同,也能够经过以电流稳定下降(CCR)方法调光,或许叫做模仿调光。CCR坚持光源有接连的电流,可是经过减小电流幅值来完成调光。“光输出正比于经过LED器材的电流,”Narendran 说。

  PWM和CCR各有优缺点。PWM运用更广泛,调光规模也更广,能够做到光输出的1%以下,Narendran 说,且不论LED在额定电流、最大电流,仍是零电流下作业,都能够防止色漂现象。由于PWM调光运用快速开关通断的方法,所以它需求更杂乱更贵重的电子驱动设备来发生满足高频率的电流脉冲来防止发生人眼可察觉的闪耀。

  CCR调光方法更高效简略,由于它所需的驱动设备更简略更廉价。不像PWM,CCR不会发生由高频开关引起的电磁搅扰EMI。此外,CCR答应驱动器放在离光源更远的当地,这对LED替换光源或对内部空间有限的紧凑型灯具很有利。可是,CCR不适合运用在调光要求10%以下的场合。“在十分低的电流情况下,LED无法正常作业,光输出也不稳定。”Narendran 说。

  兼容性问题

  虽然驱动器决议着LED产品是否能调光,但驱动器的功用体现首要取决于与调光器的兼容性,如相位操控调光器。假如要调光,驱动器的规划有必要能匹配调光器的调光信号。

  传统灯具的许多调光技能也能运用在LED上。包含0到10V模仿调光,DALI(数字可寻址照明接口)调光,DMX调光,和“其他从沟通母线电压中别离调光信号的技能”,Brodrick表明。

  对载有调光信息的调光器装置专线能够进步调光兼容性,由于专线使得调光器跟灯具之间仅有很少或许没有彼此搅扰。可是,这种调光体系更杂乱更贵重,这也是它们为什么常见于商业运用而非住所运用的原因。

  最常见的相位操控器是TRIAC调光器。NEMA估量在美国有1500万家庭装置这种调光器,由于白炽灯的禁用,这意味着很多旧的调光器等着LED灯具去替换白炽灯。不幸地是,LED与TRIAC的兼容性是个问题。

  兼容性欠好的原因之一便是白炽灯和LED供电方法存在差异。白炽灯经过简略的阻性负载从电网取得电力发生光,电流,电压和亮度之间的联系是线性和直接的,电压的改动与电流成正比。

  LED与白炽灯不同。LED依托驱动电路供给稳定的电流,并保证适宜的功率和电压,他们与TRIAC的彼此作用是不可意料的。例如,在低调光水平,恒流或恒压规划的LED驱动器或许会经过从电网取得更多电流来补偿切相部分——或许沟通正弦波的中止,使LED坚持亮度,或许导致闪耀。

  此外,并不是一切驱动架构都是相同的。不同的电路意味着抽取功率、将其转化并输出的方法也不同。因而,TRIAC与LED匹配“有或许正好凑效也有或许不可”,Narendran 说。别的,“或许一个灯接一个调光器时作业正常,但当多个灯经过并联的方法接一个调光器时,比方枝形吊灯里,或许就不能很好的调光。”

  这种现象是存在的。荷兰一家LED照明产品制作商Ledzworld的创始人兼首席营销官Jan Kemeling说。他主张防止把不同的LED接在同一个调光器上,由于这些LED灯的驱动器规划是不相同的。

  TRIAC的接线方法进一步加重了兼容问题。现在市面上或现已装置的调光器大多数都是两线的;也便是说,一根导线在供电的一起还要传送调光电压或许调光信号。这会搅扰LED器材和调光器的功用,Brodrick说。调光器,尤其是那些具有附加功用,如夜光灯和光等级显现的调光器,即使在灯关灭的时分,内部电路依然需求通电作业,虽然功率很小。关于白炽灯来说,这是能够在不触发光源的情况下完成的。可是,LED不需求太多电力就能点亮,因而即使少数的电力,也或许形成LED闪耀。飞利浦全球室内照明体系美洲事业部产品和商场高档司理Michael Skurla说。

  LED驱动器与TRIAC之间的不兼容会导致许多问题,其间六个问题如下:

  突亮:当调光器旋钮从彻底封闭开端渐渐旋转上升时,LED光源忽然彻底导通。

 骤降:当调暗时,光源彻底封闭。

  死区:当改动调光器导通角时,光输出却不跟从改动。

  残影:当调光器彻底封闭时灯依然微亮。

  噪声。

  闪耀。

  闪耀、调光和色漂是专家和顾客对固态照明持谨慎态度的首要原因。可是,照明职业正在从各个方面去处理调光问题。上一年发布的《NEMA SSL 7A-2013 固态照明的切相调光:根本兼容性》企图经过拟定调光器和LED产品的规划和测验原则来使LED切相调光兼容性问题降至最低。可是,标准仅仅针对未来的技能,而不是企图标准曩昔的调光及照明设备。

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