可控硅調(diào)光的LED照明產(chǎn)品解析
隨著全球LED商業(yè)照明市場的興起,包括中國在內(nèi)的眾多LED制造廠商紛紛將LED商業(yè)照明產(chǎn)品放在了市場開發(fā)的重要位置上?,F(xiàn)在大街上隨處可見的LED顯示屏,還有裝飾用的LED彩燈以及LED車燈,處處可見LED燈的身影,LED已經(jīng)融入到生活中的每一個角落。特別是由于近期日本、歐美等主要市場對LED照明產(chǎn)品提出了高效率、長壽命、高功率因數(shù)、靈活擴展、可調(diào)光等方面的要求,使得LED驅(qū)動IC及電源行業(yè)面臨著一次新的變革。因此在未來兩年,可控硅調(diào)光電源的智能調(diào)光尤其是在商業(yè)照明中的應用比重將有望得到快速提高。
當前面臨的主要挑戰(zhàn)在于LED光源價格在不斷下降,但驅(qū)動電子技術(shù)并沒有很大的革新,價格一直居高不下,成本上有壓力。其次,由于LED照明多采用電流驅(qū)動模式,而現(xiàn)有的調(diào)光器多是電壓調(diào)光,所以在兼容性方面的挑戰(zhàn)也相當大。此外,電源的輕薄化趨勢也要求LED驅(qū)動器要有更小的體積。而作為消費者,LED照明產(chǎn)品需要借助驅(qū)動IC調(diào)光技術(shù)提供給消費者獨特的感官體驗。
據(jù)調(diào)查分析報告,美國市場目前對調(diào)光產(chǎn)品需求較大,幾乎100%都是調(diào)光產(chǎn)品。歐洲市場少一點,但也占較大比例。此外,智能LED燈泡今年有可能會出現(xiàn)大規(guī)模商用。而這其中絕大部分調(diào)光產(chǎn)品都是配合可控硅調(diào)光器使用的。因此針對可控硅調(diào)光的LED照明產(chǎn)品的研究顯得很有意義。
1、可控硅調(diào)光是什么?
分析傳統(tǒng)白熾燈、鹵素燈等調(diào)光系統(tǒng),因為與LED燈相比,白熾燈和鹵素燈是純阻性器件,這也意味著它的電流波形和電壓波形永遠是一樣的,當采用可控硅來調(diào)光時,輸入電壓波形因可控硅導通角度變化而偏離正弦波,也是改變輸入電壓的有效值,可以實現(xiàn)調(diào)光的目的。
可控硅調(diào)光電源中帶一個開關(guān),接在n的輸入端,用于控制燈的開關(guān)??煽毓鑼ㄟ^程中,改變其內(nèi)部可調(diào)電阻的分壓比,改變其導通角,可以改變其輸出電壓有效值,從而實現(xiàn)調(diào)光功能。除了可控硅以外,還有晶體管前沿、后沿調(diào)光技術(shù)等,基本原理都差不多。
2、可控硅調(diào)光的缺點和問題有哪些?
在用可控硅調(diào)光時,還是會存在如下的一系列問題。
(1)調(diào)光過程中,隨著內(nèi)部導通角的變化,輸入電壓正弦波被可控硅破壞了,從而降低了功率因素值(PF),通常PF低于0.5,而且在調(diào)光時,隨著導通角越小,功率因素值越來越低(1/4亮度時只有0.25)。
(2)如上,輸入電壓正弦波被破壞了,非正弦的波形加大了諧波系數(shù)。
(3)LED驅(qū)動電路中輸入非正弦的電壓波形會在線路上產(chǎn)生嚴重的干擾信號(EMI)。
(4)調(diào)光過程中在低負載時很容易因為維持電流不足而出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象,解決措施是必須加上一個泄流電阻。通常情況下這個泄流電阻至少要消耗1-2瓦的功率,這降低了恒流源電路的效率。
(5)在使用可控硅調(diào)光電路對白熾燈調(diào)光時,當輸入端的LC濾波器與可控硅產(chǎn)生振蕩時,由于白熾燈的熱慣性,人眼根本看不出這種振蕩。而當可控硅調(diào)光電路與LED驅(qū)動電路配套使用時,會產(chǎn)生音頻噪音和閃爍,這往往是不可接受的。
3、可控硅調(diào)光的優(yōu)勢是什么?
照明市場發(fā)展至今,盡管可控硅調(diào)光電源存在著諸多的缺點和問題,但是,因其發(fā)展歷史悠久,技術(shù)成熟穩(wěn)定,已經(jīng)和白熾燈還有鹵素燈完美的結(jié)合起來,占據(jù)了很大的調(diào)光市場。在絕大部分區(qū)域的調(diào)光場所,這些已經(jīng)安裝了可控硅調(diào)光的白熾燈或鹵素燈的地方,消費者已經(jīng)在墻壁上安裝了通向燈具的兩根連接導線,同時也在墻壁上安裝了可控硅調(diào)光器的開關(guān)盒以及旋鈕。對于消費者來說,如果能夠只是單純的更換燈頭上的白熾燈或鹵素燈,而不用去更換墻壁上的可控硅開關(guān)或者另外的去增加連接線的數(shù)目,那是比較簡單的方案,也是比較為普遍消費者所能夠接受的一種做法。這意味著LED照明產(chǎn)品真正如果想要去完全取代替換白熾燈和鹵素燈燈具在和可控硅調(diào)光器配合的可調(diào)光應用場合,那必須要與可控硅調(diào)光兼容。這也是目前LED驅(qū)動IC的開發(fā)設(shè)計人員所共同需要面對的一個難題。如何針對可控硅調(diào)光以及LED特殊的驅(qū)動方式,開發(fā)出合適的IC顯得那么重要。
4、兼容可控硅調(diào)光的問題和缺點是什么?
目前為止,很多大芯片公司都推出了專門與現(xiàn)有可控硅調(diào)光相匹配兼容的芯片以及解決方案,但是,目前這些解決方案還是會存在些不足。同時,兼容可控硅調(diào)光的LED目前還是在市場推廣中受限制,市場接受度還不是那么高,原因如下:
(1)可控硅技術(shù)發(fā)展至今,已經(jīng)是一個具有半個多世紀的陳舊技術(shù)。它具有很多如前所述的缺點,是一種早該淘汰的技術(shù)。社會發(fā)展需要一種更加先進、更加智能化的產(chǎn)品來替換它。
(2)目前兼容可控硅調(diào)光的LED驅(qū)動IC,很多自稱具有PFC,可以實現(xiàn)較高的功率因素,實際上它只改善了負載的功率因素,使整體電路看上去更加接近純阻性,而實際上并沒有改善包括可控硅在內(nèi)的整個系統(tǒng)的功率因素。
(3)如上所述,為了保持可控硅的維持電流不足,很多兼容可控硅的LED調(diào)光系統(tǒng)都需要額外加上泄流電阻,從而增加損耗,使得LED調(diào)光系統(tǒng)的整體效率都十分低下,這完全損壞了LED的高能效的初衷。
(4)目前可控硅調(diào)光LED系統(tǒng)市場發(fā)展參差不齊,真正完全匹配兼容所有可控硅調(diào)光器的LED驅(qū)動基本上沒有,這無形中增加了很大的開發(fā)任務。此外,真正匹配所有可控硅調(diào)光器的LED驅(qū)動還有待長時間的可靠性驗證。
(5)安裝可控硅調(diào)光的白熾燈和鹵素燈所占的比例不到萬分之一,而在墻里安裝可控硅開關(guān)的比例在可控硅調(diào)光的燈具里連萬分之一都不到,因為絕大多數(shù)安裝可控硅調(diào)光的都是臺燈、床頭燈、立燈。更何況市面上有幾十種不同規(guī)格的可控硅和晶體管調(diào)光開關(guān),實際上所開發(fā)的IC根本不可能兼容所有的可控硅開關(guān),而只能兼容其中的一小部分。
(6)LED是一種全新的創(chuàng)世紀的技術(shù),它有著無可比擬的優(yōu)越性。面對日益成熟的可調(diào)光LED照明產(chǎn)品市場的需求,可控硅調(diào)光LED驅(qū)動的開發(fā)需要持之以恒的進行。
由于可控硅調(diào)光電源廣泛使用于白熾燈等傳統(tǒng)照明市場,簡單容易被消費者所使用,符合人們的使用習慣。雖然LED在生活中處處可見,但是LED也還有一些不足需要我們的設(shè)計人員擁有更加專業(yè)的知識儲備,這樣才能設(shè)計出更加符合生活所需的產(chǎn)品。所以推廣LED可控硅具有很好的市場前景。然而,在目前絕大多數(shù)LED調(diào)光的應用場合,可控硅調(diào)光在電路的功率因數(shù)、調(diào)光閃爍等調(diào)光性能和造價等方面還需進一步做出努力,以擴大可控硅調(diào)光在LED照明調(diào)光的應用范圍。