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    LED凈化燈吸頂燈及其電源(四)

    2018-01-05 16:54:14 admin
    一. LED凈化燈吸頂燈的調光

      目前全世界很多知名的LED凈化燈恒流驅動芯片公司都花了很大的力氣開發出了很多可以和各種可控硅調光的所謂Triac配合以進行調光的芯片。然而這也是一種相當可悲而又可笑的事。因為可控硅是上世紀六十年代的產品,本身是一種相當古老而落后的器件。它的確可以用來和白熾燈配合進行調光,可是它在調光的過程中會破壞正弦波的波形因而引起系統的功率因數降低,而且還會在線路上產生很大的干擾信號。在白熾燈調光時因為白熾燈的亮度只是由電源電壓的有效值決定,所以可以跟著可控硅的導通角調光,而且對于可控硅來說,白熾燈是一個理想的純阻負載,也不會對它的工作有什么影響。

      可是換成LED凈化燈以后就產生了一系列的問題,首先帶整流器的LED是一個容性負載,對可控硅有很大影響,在低負載時就會不穩定觸發,除非并聯一個電阻。但會進一步降低系統的效率(增加1-2W功耗)。為了使得LED也能配合可控硅調光就必須把帶整流器的整套恒流電源系統的功率因數提高到看上去接近純阻負載。所以很多公司開發出有源功率因數校正芯片。使得LED整個系統的功率因數達到0.9以上。不少人誤以為采用功率因數校正以后,連同可控硅在內的整個系統的功率因數都可以達到0.9以上。這完全是誤解了, 即使是純阻負載接上可控硅以后功率因素也會隨調光而降低。

      下面是可控硅調光過程中,帶功率因數校正(達0.96)的LED凈化燈球泡燈的整套系統(包括可控硅在內)的功率因數的變化(附帶也有白熾燈的數據以供比較)。

     

    帶功率因數校正的LED球泡燈

    白熾燈

    輸入功率

    功率因數

    輸入功率

    功率因數

    9.4W

    0.96

    23.5W

    0.999

    8.1W

    0.769

    20W

    0.899

    7W

    0.703

    15W

    0.747

    6W

    0.635

    10W

    0.573

    5.1W

    0.515

    9.9W

    0.566

    4W

    0.48

     

     

     

      由表中可知,不管是經過功率因數校正的LED凈化燈,還是白熾燈,在一開始時功率因數都可以達到0.96以上。但隨著可控硅的調光,其功率因數逐步降低,到無法再調光時,功率因數低至0.48和0.566。所以作為整個系統來說,其功率因素指標是不符合美國能源之星的要求的。

      全世界的各種可控硅調光器多達幾十種,上百種。很多LED燈為了和這些可控硅兼容,不知道做了多少試驗和改進,但最后還是吃力不討好。由于國外的人工很貴,所以也可以認為這是不得已的做法,但是在中國完全可以采取另一些更先進的做法。

      為了要對LED調光,可以有很多辦法,這些方法都沒有可控硅的缺點。下面介紹幾種最常用的方法:

      6.1 采用脈寬調制PWM調光

      LED是一個二極管,它可以實現快速開關。它的開關速度可以高達微秒以上。是任何發光器件所無法比擬的。因此,只要把電源改成開關恒流源,用改變脈沖寬度的方法,就可以改變其亮度。這種方法稱為脈寬調制(PWM)調光法。圖15表示這種脈寬調制的波形。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。


    具體實現PWM調光的方法就是在LED的負載中串入一個MOS開關管(圖16),這串LED的陽極用一個恒流源供電。

      然后用一個PWM信號加到MOS管的柵極,以快速地開關這串LED。從而實現調光。也有不少恒流芯片本身就帶一個PWM的接口,可以直接接受PWM信號,再輸出控制MOS開關管。那么這種PWM調光方法有那些優缺點呢?

      1.不會產生任何色譜偏移。因為LED始終工作在滿幅度電流和0之間。 2.可以有極高的調光精確度。因為脈沖波形完全可以控制到很高的精度,所以很容易實現萬分之一的精度。

      3.可以和數字控制技術相結合來進行控制。因為任何數字信號都可以很容易變換成為一個PWM信號。

      4. 即使在很大范圍內調光,也不會發生閃爍現象。因為不會改變恒流源的工作條件(升壓比或降壓比),更不可能發生過熱等問題。

      具體獲得PWM信號的方法為在墻上的PWM開關和電位器里安裝一個PWM發生器。這個PWM發生器可以很容易地用一個555芯片形成(圖17)。

      這個發生器的指標如下:

      1. 輸入電源:10-36V ,20mA

      2. 輸出信號:200Hz的PWM信號,0-100%,5V (也可為10V)

      3. 控制路數:可控制5-10個可調光恒流源

      4. 線路長度:10-20m

      5. 開關:可直接控制220V電源開或關

      所以,它需要三根線和燈具連接。假如還要開關燈具,就可以采用帶開關電位器,不過這樣一來總共需要有5根線連接到燈具。如果要利用原來墻上開關,就要再增加三根線,這是它的主要缺點。它的優點是可以用一個控制器來控制5-10個燈具。

      6.2 分段式開關調光

      雖然紅外遙控可以實現采用PWM連續調光,但在實際使用時,也可以用作分段調光。

      為了利用現有的墻上開關和墻內的兩根線,臺灣有一家公司推出了一種稱之為EZ-Dimming的GM6182的四段開關調光不失為一種好方案。它只利用墻上的普通電燈開關就能實現4段調光,第一次開為全亮,第二次快速開關為60%亮度,第三次快速開關為40%亮度,第四次快速開關為20%亮度。這種系統的優點是可以利用普通的墻上開關實現調光。而且其功率因素高達0.92以上。沒有產生干擾信號之慮。缺點是無法連續調光。還有操作麻煩一些。它實際上可以和恒流源設計在一起(圖18)。


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