第二講：名家講解最新LED調(diào)光技術(shù)方案

中心議題：
最新LED調(diào)光技術(shù)方案探討
解決方案：
講解PWM調(diào)光技術(shù)方案
利用硅控調(diào)光方案
學(xué)習(xí)全系統(tǒng)智能LED照明平臺(tái)

調(diào)光對(duì)于光源來(lái)說(shuō)很重要，不僅是可以在家居中得到一個(gè)更舒適的環(huán)境，并可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，而且對(duì)于LED光源來(lái)說(shuō)，調(diào)光也是比其他熒光燈、節(jié)能燈、高壓鈉燈等更容易實(shí)現(xiàn)，LED能勝出的關(guān)鍵就在LED可以進(jìn)一步整合高功因，低電磁干擾的智能型節(jié)能調(diào)光方案。所以我們更應(yīng)該在各種類(lèi)型的LED燈具中加上調(diào)光的功能。

傳統(tǒng)上調(diào)光技術(shù)可以分為：線性調(diào)光、PWM調(diào)光、可控硅調(diào)光和三基色調(diào)光。LED調(diào)光技術(shù)的運(yùn)用不僅可以提高對(duì)比度，還可以減少耗電量。但不調(diào)光的LED燈具目前仍然有它自身的市場(chǎng)，這也是看消費(fèi)者和市場(chǎng)需要而定的。至于那種調(diào)光技術(shù)將會(huì)是未來(lái)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，各個(gè)廠商和專(zhuān)家都有他們自身的看法。

應(yīng)用于消費(fèi)市場(chǎng)LED調(diào)光的最新驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品

（1）帶有功率因數(shù)校正、TRIAC和模擬調(diào)光能力的FL7730

LED照明已經(jīng)發(fā)展成為最有前景的解決方案，能夠替代如熒光燈和白熾燈等普通光源。然而，設(shè)計(jì)人員在最高20W的住宅和商業(yè)LED照明(包括燈泡、下射燈(GU10/E17, E26/27, PAR30/38)以及管/棒燈)應(yīng)用方面面臨著一些障礙。由于調(diào)光器兼容性的原因，在普通TRIAC調(diào)光器結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)LED調(diào)光能力會(huì)有相當(dāng)?shù)睦щy。此外，小空間尺寸仍然是一項(xiàng)考慮因素。

為幫助設(shè)計(jì)人員解決這些問(wèn)題，飛兆半導(dǎo)體公司開(kāi)發(fā)出帶有功率因數(shù)校正(PFC)、TRIAC和模擬調(diào)光能力的FL7730單級(jí)初級(jí)端調(diào)節(jié)(PSR)控制器。該款驅(qū)動(dòng)器采用獨(dú)特的模擬感測(cè)技術(shù)，可在從0至100%光輸出的整個(gè)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)閃爍的TRIAC調(diào)光控制。FL7730調(diào)光電壓形成內(nèi)部CS補(bǔ)償以降低調(diào)整輸出電流，調(diào)光能兼容市場(chǎng)80%以上調(diào)光器產(chǎn)品。

  TRIAC調(diào)光應(yīng)用線路板示意圖（FL7730）

FL7730作為可調(diào)光的驅(qū)動(dòng)器，它全面提高了系統(tǒng)效率，并可適用高壓或低壓線路輸入，在低壓輸入的情況下，功效高達(dá)83%，而在高壓輸入下，功效則可達(dá)到85%，為了提升功率因數(shù)和降低總諧波失真(THD)，這款器件具有恒定導(dǎo)通時(shí)間控制功能，帶有一個(gè)內(nèi)部誤差放大器和低帶寬補(bǔ)償器。準(zhǔn)確的恒流精度/控制(± 5%)可以精確地調(diào)節(jié)輸出電流，并且不受輸入和輸出電壓影響，使得設(shè)計(jì)人員能夠?qū)崿F(xiàn)更高和更好的照明質(zhì)量。FL7730的工作頻率正比于輸出電壓，以保證實(shí)現(xiàn)具有最佳功率因數(shù)/THD的DCM運(yùn)作以及更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。
 
另一方面，F(xiàn)L7730集成的保護(hù)功能提高了系統(tǒng)的可靠性，它具備開(kāi)路/短路LED保護(hù)、過(guò)熱關(guān)機(jī)、逐周期限流保護(hù)等特性；并具有更長(zhǎng)的系統(tǒng)平均壽命，其內(nèi)部省去了輸入電解電容（因?yàn)殡娊怆娙莸膲勖怯绊戲?qū)動(dòng)壽命的重要因素），而且也減少外部元件數(shù)目，降低成本。

（2）采用DSP內(nèi)核并兼容110種不同的88EM8183 LED調(diào)光驅(qū)動(dòng)器

同樣，在LED照明市場(chǎng)的調(diào)光方面，Marvell最新推出的高度集成的88EM8183 LED驅(qū)動(dòng)器IC采用了獨(dú)特的混合信號(hào)架構(gòu)和先進(jìn)的調(diào)光控制技術(shù)，提供高品質(zhì)光輸出且調(diào)光性能可與白熾燈媲美?？善交貙?shí)現(xiàn)低至1% LED電流的深度調(diào)光，相比之下，同類(lèi)LED驅(qū)動(dòng)器解決方案一般僅能實(shí)現(xiàn)10%至20%的調(diào)光。以這種幅度調(diào)光，人眼感覺(jué)不到光強(qiáng)有很大的變化，因此 88EM8183顯著提高了性能。

所謂混合架構(gòu)就是每個(gè)芯片里面都有DSP內(nèi)核，可以固化算法。除了DSP內(nèi)核，芯片內(nèi)部還有一個(gè)OTP用以存儲(chǔ)少量參數(shù)值，可以根據(jù)不同需要，調(diào)整調(diào)光曲線。Lance 透露：“最初我們?cè)O(shè)計(jì)芯片的時(shí)候，是根據(jù)美國(guó)國(guó)家電氣制造商協(xié)會(huì)SSL 6（NEMA SSL 6）調(diào)光標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的。在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)里面，對(duì)調(diào)光曲線沒(méi)有定義，但是定義了一個(gè)范圍，在這個(gè)范圍的中間有一條曲線，要求就是最好能做到和白熾燈曲線相吻合。我們采取的措施是在通過(guò)內(nèi)置OTP以及外部DIM電阻結(jié)合，調(diào)整調(diào)光的線性度向白熾燈曲線靠近，這樣可以做到非常深度（低至1%），相比之下，同類(lèi)LED驅(qū)動(dòng)器解決方案一般僅能實(shí)現(xiàn)10%至20%的調(diào)光。所以說(shuō)這個(gè)曲線是相當(dāng)不錯(cuò)的。”

  深度調(diào)光單級(jí)AC/DC LED驅(qū)動(dòng)器88EM8183

消費(fèi)者用LED節(jié)能燈取代白熾燈等傳統(tǒng)照明解決方案的同時(shí)，也希望得到同樣或更好的照明體驗(yàn)。不幸的是，他們常常發(fā)現(xiàn)LED燈在調(diào)光能力上有問(wèn)題，因此覺(jué)得LED燈幾乎不能調(diào)光或調(diào)光時(shí)會(huì)閃爍。很多LED燈與家中已安裝的壁式調(diào)光器也不兼容。Marvell最新的88EM8183深度調(diào)光單級(jí)交流/直流 LED驅(qū)動(dòng)器IC為OEM廠商和ODM廠商提供了兼容性最廣泛的調(diào)光解決方案，該IC與全球市場(chǎng)上絕大多數(shù)調(diào)光器都兼容，而且提供卓越的光輸出質(zhì)量，可提高消費(fèi)者的滿(mǎn)意度，減少退貨。

據(jù)悉，為了確保88EM8183 IC的調(diào)光兼容性，Marvell工程師與照明控制行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者Lutron公司緊密合作，測(cè)試了Lutron提供的各種調(diào)光器，其中包括C•L系列調(diào)光器，該系列調(diào)光器可同時(shí)用于LED和傳統(tǒng)照明燈。

最新LED調(diào)光技術(shù)方案對(duì)比分析

一般照明按其定義，只需要調(diào)變其明暗，而非色溫。而且照明強(qiáng)度應(yīng)該是緩慢的變化，無(wú)視覺(jué)的閃爍。一般照明控制是配合公眾需求（類(lèi)似空調(diào)），不是滿(mǎn)足個(gè)人喜好而任意控制，空調(diào)與照明是最大的耗電項(xiàng)目，兩者的電控都需要考慮舒適與節(jié)能的平衡、穩(wěn)定性、與均勻性。

PWM調(diào)光是否為最為完美的調(diào)光方案呢？
 
LED是一個(gè)二極管，它可以實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)關(guān)。它的開(kāi)關(guān)速度可以高達(dá)微秒以上。是任何發(fā)光器件所無(wú)法比擬的。因此，只要把電源改成脈沖恒流源，用改變脈沖寬度的方法，就可以改變其亮度。這種方法稱(chēng)為脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)光法。下圖表示這種脈寬調(diào)制的波形。假如脈沖的周期為tpwm，脈沖寬度為 ton，那么其工作比D（或稱(chēng)為孔度比）就是ton/tpwm。改變恒流源脈沖的工作比就可以改變LED的亮度。

曾有人說(shuō)LED調(diào)光最好是采用PWM調(diào)光，采用PWM調(diào)光時(shí)，可以在墻上開(kāi)關(guān)里安裝一個(gè)簡(jiǎn)單的PWM發(fā)生器，然后利用電位器來(lái)控制PWM的 工作比從而實(shí)現(xiàn)調(diào)光。但是如果還要開(kāi)關(guān)燈的亮滅，那么就需要再加一對(duì)線。所以無(wú)法兼容原來(lái)墻里的的可控硅開(kāi)關(guān)的引線。原來(lái)的可控硅開(kāi)關(guān)的引線只有2根，就 可以又能調(diào)光又能開(kāi)關(guān)。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是很難兼容的。不過(guò)實(shí)際上真正最常用的調(diào)光燈具是臺(tái)燈或立燈，那些調(diào)光開(kāi)關(guān)都是安裝在電源線上而不是墻里，那也就無(wú)所謂要 利用墻里的兩根引線了。也就是說(shuō)，PWM調(diào)光是可以直接應(yīng)用于調(diào)光型臺(tái)燈的。

如何實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光？

具體實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光的方法就是在LED的負(fù)載中串入一個(gè)MOS開(kāi)關(guān)管（下圖），這串LED的陽(yáng)極用一個(gè)恒流源供電。

 用PWM信號(hào)快速通斷LED串

然后用一個(gè)PWM信號(hào)加到MOS管的柵極，以快速地開(kāi)關(guān)這串LED。從而實(shí)現(xiàn)調(diào)光。也有不少恒流芯片本身就帶一個(gè)PWM的接口，可以直接接受PWM信號(hào)，再輸出控制MOS開(kāi)關(guān)管。

通嘉科技最近推出的幾款LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品就是利用PWM調(diào)光技術(shù)的。如LD7820和LD7921/22驅(qū)動(dòng)器。

針對(duì)LED照明應(yīng)用，通嘉推出一款LD7820驅(qū)動(dòng)器，采用PWM調(diào)光，提供定電流控制機(jī)制，特別適用于E27/E17此類(lèi)精巧的球泡燈，電路精簡(jiǎn)及隔離式架構(gòu)，能協(xié)助設(shè)計(jì)者開(kāi)發(fā)出符合安全規(guī)范的產(chǎn)品，電流精確度達(dá)±5%，為同質(zhì)產(chǎn)品中的佼佼者。

 采用PWM調(diào)光技術(shù)的LE7820驅(qū)動(dòng)電路

新綠科技針對(duì)智能型照明調(diào)光方案的新探索

在LED照明調(diào)光方案上面，新綠科技總經(jīng)理劉光華分別舉出了智能型照明調(diào)光的各類(lèi)方案：

新綠科技首先提出兩種比較先進(jìn)的調(diào)光方式，紅外線遙控器調(diào)光和無(wú)線電波遙控器調(diào)光。紅外線遙控器調(diào)光技術(shù)成熟比較成熟，而且紅外接收器不容易受到干擾。但它的缺點(diǎn)就是只能操作到75℃，而且還需要加一MCU 譯碼器，還需要備用電源，所以成本較高。同樣，無(wú)線電波遙控器調(diào)光的優(yōu)點(diǎn)是傳輸角度很廣，傳輸距離也較遠(yuǎn)。但它的缺點(diǎn)是接收器容易受到電源模塊的干擾也需要備用電源。采用這兩款遙控器對(duì)LED實(shí)現(xiàn)調(diào)光，這當(dāng)然是比較理想的解決方案，可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)燈和用PWM連續(xù)調(diào)光，但因?yàn)樗鼈兌家驗(yàn)樯a(chǎn)成本較高，沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)格，只能用于高檔住宅。

新綠科技同樣提出了硅控調(diào)光，采用可控硅就是對(duì)交流電的正弦波加以切割而達(dá)到改變其有效值的目的?？煽毓杵茐牧苏也ǖ牟ㄐ危瑥亩档土斯β室蛩刂?，通常PF低于0.5，而且導(dǎo)通角越小時(shí)功率因素越差（1/4亮度時(shí)只有0.25）；同樣，非正弦的波形加大了諧波系數(shù)；
非正弦的波形會(huì)在線路上產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾信號(hào)（EMI）。

可控硅調(diào)光雖然有那么多的缺點(diǎn)和問(wèn)題，但是，它卻有著一定的的優(yōu)勢(shì)，那就是它已經(jīng)和白熾燈鹵素?zé)艚Y(jié)成了聯(lián)盟，占據(jù)了很大的調(diào)光市場(chǎng)。如果LED想要取代可控硅調(diào)光的白熾燈和鹵素?zé)魺艟叩奈恢?，就也要和可控硅調(diào)光兼容。

最后，新綠科技提出了觸控調(diào)光，臺(tái)灣有一家公司推出了一種稱(chēng)之為EZ-Dimming的GM6182的四段開(kāi)關(guān)調(diào)光不失為一種好方案。它只利用墻上的普通電燈開(kāi)關(guān)就能實(shí)現(xiàn)4段 調(diào)光，第一次開(kāi)為全亮，第二次開(kāi)為60%亮度，第三次開(kāi)為40%亮度，第四次開(kāi)為20%亮度。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以利用普通的墻上開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)調(diào)光。而且其功率因素高達(dá)0.92以上。沒(méi)有產(chǎn)生干擾信號(hào)之慮。缺點(diǎn)是無(wú)法連續(xù)調(diào)光。還有操作麻煩一些。

新綠科技總經(jīng)理劉光華最后指出，不管市場(chǎng)上還有那些智能型調(diào)光方案出臺(tái)，根據(jù)需求與時(shí)空環(huán)境，自動(dòng)或半自動(dòng)調(diào)整照明燈具的流明輸出，這就是每一類(lèi)智能型調(diào)光方案需要實(shí)現(xiàn)的功能。

Marvell綠色節(jié)能方案的全系統(tǒng)智能LED照明平臺(tái)

面對(duì)著如此眾多的智能型調(diào)光方案和產(chǎn)品，一些公司為了提高自身在LED照明市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，綠色節(jié)能調(diào)光理念和方案也相應(yīng)順勢(shì)而出。Marvell新型智能LED照明平臺(tái)體現(xiàn)了Marvell對(duì)綠色照明應(yīng)用的前瞻性眼光，它的目標(biāo)是為OEM提供一個(gè)完整的軟硬件解決方案，使得他們可以用更少的時(shí)間和更低的成本來(lái)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品并投入市場(chǎng)。同時(shí)，該平臺(tái)是一個(gè)綠色節(jié)能方案，它包含了基于Marvell的創(chuàng)新LED驅(qū)動(dòng)芯片的發(fā)光二級(jí)管 （LED）照明組件以及ZigBee網(wǎng)絡(luò)、ZigBee/WiFi無(wú)線網(wǎng)關(guān)以及智能照明軟件。這些組件共同提升系統(tǒng)能效，并保證高質(zhì)量LED照明以促進(jìn)環(huán)保和便捷的生活方式。

Marvell智能 LED照明管理平臺(tái)提供了完全集成的LED照明和無(wú)線控制系統(tǒng)，因此不論是易用性的提升還是安裝成本的降低都趨向于極致，大大簡(jiǎn)化了使用和維護(hù)難度，使得 非專(zhuān)業(yè)人員也能輕松應(yīng)對(duì)。該平臺(tái)的一大特色是允許終端用戶(hù)可以使用智能手機(jī)和平板電腦方案，使他們可以方便地從任何地方管理、分析并維護(hù)一個(gè)更具性?xún)r(jià)比的數(shù)字照明方案。這種智能LED照明平臺(tái)可以顯著地節(jié)約商業(yè)和住宅用電。并且隨著新的LED照明應(yīng)用的推出，用戶(hù)還可以添加更多安全功能以及增強(qiáng)遠(yuǎn)程管理的體驗(yàn)，如高質(zhì)量的照明調(diào)整、氣氛和現(xiàn)場(chǎng)的控制等。