LED调光系统优势及效率比较

由于LED照明具有很好的演色性、发光效率高、体积小、工作电压低、易于调光控制和工作寿命长等一系列优点得到了广泛的应用。由于白炽灯相控晶闸管调光得到了很好的应用，LED照明调光应和晶闸管相控调光很好的配合使用，以充分利用现有的白炽灯晶闸管相控调光器。

由于晶闸管相控调光易于使用，符合人们的使用习惯，所以推广LED晶闸管相控调光有很好的市场前景。但是，在LED调光的应用场合，晶闸管相控调光在电路的功率因数、调光闪烁等调光控制性能等方面还需进一步努力，以扩大晶闸管相控调光在LED照明调光的应用范围。

LED用于替代通用白炽灯照明，LED调光和LED的发光颜色、LED的光输出、LED的发光效率和调光曲线等因素有关。有关调光控制方法（例如0～10V，DALI和DMX等有关调光控制协议）、散热管理、驱动方案、驱动电路拓扑架构和已有的照明基础设施等因素对LED调光的使用和调光控制性能的发挥有很大的影响。

现对LED调光应用的要求越来越多，例如要求调光范围为0～100%，调光分辨率要高并要符合有关安规要求等。

照明调光不仅节能，照明调光还可以改变空间视觉效果，从而影响人的行为模式。

LED正向工作电流和输出流明的关系曲线如图3-1所示^[11]，可见在很宽的一段区间内，LED的正向工作电流（I_F）与输出流明之间呈线性关系，在I_F较大时呈非线性关系，在LED的正向工作电流非线性工作区，LED的发光效率降低，LED的发热加大。

LED发光的色温与LED的正向工作电流、结温和老化程度有关，是LED的一项重要技术指标，低色温意味着更多的红黄光（即所谓的暖色温），高色温意味着更多的蓝绿光输出（即所谓的冷色温），许多LED用发光波长来表示发光颜色，而不用随发光波长而变化的色温来表示。

图3-1 LED光输出和I_F的关系曲线

照明调光在应用中有很好的市场，相对白炽灯/气体放电灯，LED的调光节能效果更明显。白炽灯/气体放电灯调光工作时灯的工作效率有明显下降，而LED调光的发光效率会提高，这主要是由于在低发光亮度时通过LED的正向电流较小，在有关回路电阻成份上的损耗降低的原因。

对比LED、CFL和高压钠灯三种光源的调光系统工作效率。LED结合合理的调光控制方法是最为节能的。通过比较，高压钠灯仅能调到系统最大流明输出的40%，而且调光系统工作效率比其他调光系统的调光工作效率低（如图3-2所示）^[12]。换而言之，要产生同样的流明输出需要更多的输入电能。

图3-2 各种调光系统的工作效率对比

CFL灯调光系统的调光工作效率是比较好的，他可以在低于40%输入功率的情况下保持高工作效率。然而，在流明输出低于40%的情况下，CFL调光系统就会出现灯阴极和灯驱动电路工作效率低的问题。(www.xing528.com)

由图3-2可以看出，LED的调光控制范围最宽，调光工作效率最高，并且LED调光最低可以调到0%。LED调光从100%到20%调光输出的情况下，有很好的调光工作效率。

在小型LED照明系统中，简单的模拟开关调光控制电路（例如0～10V）表现优越，但是在大型系统应用中需要太多的电缆，属于硬接线系统，一旦调光控制系统的接线良好，如要重新调整调光控制模式，则需要重新接线，工作量大，并且对照明环境还需重新部署，费用也较高。一些调光控制比较灵活的控制方式，例如DALI、DMX等调光控制方式属于软接线，调光控制系统的调光效果更改非常容易，节能效果明显，能够为大规模调光设计带来更多的设计和应用灵活性，照明系统工作状态易于监控，并且这些控制方式是可以重构的，重构灵活方便，照明效果易于控制调节，在楼宇自控系统中就对照明调光控制系统进行了集成。并且，支持即插即用操作的无线智能控制系统在照明调光控制中有他特有的使用灵活性。

目前白炽灯照明已使用了100多年的时间，白炽灯晶闸管相控调光已使用了近50年的时间，标准的晶闸管相控调光器和LED驱动电路的连接存在一些问题，更为严重的是，目前在市场有多种型号的晶闸管相控调光控制电路，而每种晶闸管相控调光控制电路的性能都有所不同，虽然目前有性能更好更新的后延相控调光控制电路，但是，前沿相控晶闸管调光电路占市场的份额很大，所以不能忽略前沿相控晶闸管调光电路在LED照明应用中使用兼容性的问题。

LED驱动电路一般采用恒流源供电，所以相控调光器输出的相控调光控制信号和相控交流输出电压波形之间需要有一定的对应关系，这个对应关系可用于LED输出电流调节的基准控制信号。虽然这对LED相控调光驱动电路的设计不是个大问题，但是在具体实现过程中还有许多深层次的具体问题需考虑。其中一个最明显的问题就是LED负载不是一个纯电阻性的负载，而LED驱动电路和与之对应的相控调光电路缺乏针对驱动电路内电容和电感所需对应电阻性负载的工作特性。这样，对相控调光前沿的剧烈变化就会遇到如剧烈的di/dt和dV/dt变化问题，一般在电路中采用RC吸收电路的方法来减缓剧烈di/dt和dV/dt变化的问题，但是这样又会由于RC吸收电路的附加损耗的原因而降低调光电路的工作效率。

相控调光按工作方式可以分为前沿相控调光和后沿相控调光两种，前沿相控调光一般采用半控型器件晶闸管（三端双向晶闸管）控制，电路结构相对比较简单，但是晶闸管开关的控制沿较陡峭，所以电路的EMI较高，而后沿相控调光一般采用MOSFET/IGBT等全控型功率器件，控制沿较为缓慢，因而电路的EMI较低。这两种类型的调光器均通过切割掉一部分交流波形来调节照明灯的功率，顾名思义，前沿相控调光器切割交流输入市电波形过零后的前沿，后沿相控调光器则切割掉交流输入市电波形过零之前的部分。前沿相控调光器适合电阻性或电感性负载，而后沿相控调光器适合电阻性或电容性负载。

前沿相控调光和后沿相控调光电路的工作原理图分别如图3-3、图3-4和图3-5所示。

图3-3 双向二极管前沿相控调光电路工作原理图

图3-4 微控制器控制前沿相控调光电路工作原理图

图3-5 后沿相控调光电路工作原理图