基于LED照明应用的无闪烁调光实现

　　中心议题：探讨LED照明应用的无闪烁调光实现

　　解决方案：
　　采用隔离式设计和非隔离式设计
　　采用的控制器既能执行功率因数校正

　　LED(LightEmittingDiode)，发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个"P-N结".当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料决定的。该项技术正日臻成熟，标志之一就是大量LED照明标准和规范的陆续出台。严格的效率要求已存在相当一段时间了，今后仍将不断提高。

　　LED的亮度是跟LED的发光角度有必然关系的，LED的角度越小它的亮度越高，没有什么超亮不超亮的，那是骗小孩的，如果是质量好的LED不管是哪家LED厂家生产的大家的亮度都差不多的，只是生产工艺不一样，使用寿命略有不同，因为大家用的都是那几家国外的LED芯片。如果是5MM的LED180度角的白光的亮度只有几百MCD,如果是15度角的亮度就要去到一万多两万MCD的亮度了，亮度相差好几十倍了，如果是用于照明用的，在户外最好是用大功率的LED了，亮度就更高了，单个功率有1W,3W,5W,还有的是用多个大功率组合成一个大功率的LED,功率去到几百都有。

　　功率因数是非常重要的因素，因为高功率因数可降低配电网络的损耗。降低电力使用对环境所造成影响的最有效方式是减少浪费，因此世界各地的监管机构都在进一步严格他们的功率因数规范。其中一个例子就是能源之星固态照明能效规范(09/12/07)，它规定住宅照明产品的功率因数(PF)应大于0.7,商用照明产品的功率因数(PF)应大于0.9.

　　图1:LED灯泡构造图

　　LED灯泡和灯具制造商正在对这些要求做出响应，自然希望他们的产品具有尽可能高的通用性。因此，他们非常需要能兼容各种调光器的LED驱动电路，实现高效率工作并使功率因数达到0.9以上。LED是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光。有人称LED光源为长寿灯。它为固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，在恰当的电流和电压下，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。

　　调光控制器

　　照明控制器以线路调光或次级侧调光的方式进行工作。最简单的线路调光方式是前沿可控硅控制器。这是目前最常用的照明控制方式，但不幸的事，使用可控硅控制器对LED灯进行调光时会产生大量问题。灵活的可编程控制功能可以控制降压限压幅度，开关灯时间任意设定。控制模式有时控，光控，手动控制，上位机远程控制及根据使用地点的经纬度自动控制。软启动，软过渡，软关闭功能，防止过电压及冷启动大电流对灯具的冲击，大幅度减少灯具的损毁率。对钠灯，汞灯等灯具设有可调的全压预热启动时间，灯具能更充分的预热，平稳过渡到正常工作状态。能实现全夜灯及半夜灯控制，且有后半夜再降压调流功能，节能效果更加理想。完善的再起动功能，当负载故障，外部供电故障结束后，能自动重新点燃灯具。控制方式有时控，光控，手动控制，上位机远程控制及根据使用地点的经纬度自动控制(选件)。三相开关灯时间及输出电压可独立调节，可接不平衡及不同类型的负载。可编程的检修模式，便于照明系统检修，维护和灯具更换。预留一组受时钟控制的常开接点以实现特殊控制。接点容量为7A/250VAC.

　　可控硅控制器在白炽灯中的表现无可挑剔，但在LED灯中会产生各种负面效应，其中包括闪烁、发光不均匀、音频噪声以及闪动。要想弄清原因，首先必须了解可控硅调光器的工作原理。

　　图2:前沿可控硅调光器

　　调光控制是通过改变可控硅导通每个半周期的相位角来实现的。灯泡灯丝中的电流与调光信号的相位角密切相关，相位角的变化范围介于0°(接近0°)到180°之间。这是可控硅在不使用栅极驱动的情况下保持导通所必须维持的最小负载。为维持可控硅的稳定工作，该电流不能为零，IH的典型值介于8mA到40mA.驱动白炽灯时，维持电流不是问题。