LED照明调光技术分析

　　但是硅控调光器会成为未来LED照明的主流调光方式吗?答案是相当不乐观的。首先来检讨硅控调光器的工作原理与其先天的缺点。

　　硅控调光器主要构成元件包括： (1)硅控管--用来截取交流电压部分导通角度,以改变灯具的输入功率 (2) RtCt timer--Rt为可调电阻,用来改变硅控管导通角度 (3) Diac--一种击发硅控管的元件。注意：硅控管在击发之后就维持导通状态,直到流通的电流降到 hold-up current (维劳电流) 准位以下。硅控调光器原来是为纯电阻性负载的白炽灯专用的,通常是无法匹配萤光灯与省电灯泡 (CFL) 。

　　硅控调光器的主要缺点包括：

　　(1) 功率因数会变差,导通角愈短,功因就愈差。调到1/4亮时,功因将低于0.25。

　　(2) 效率会变差,因为在调暗时,负载不足,会造成硅控管提早关闭,导致 RC timer与导通角错乱。更造成萤光灯或LED 灯操作无法稳定,而闪烁不定的问题。欲解决闪烁问题,通常要加装??流电阻 (bleeder or dummy load)。如此一来,用bleeder来消耗功率以维持硅控管的正常操作,就违背了原先调光节能的立意。

　　(3) 匹配问题,要开发一种与市面上数十厂牌硅控调光器,都保证相容的可调光LED灯具,是相当困难的。硅控调光器的匹配问题,请参阅NXP Application Note AN10754。

　　(4) 高装置成本,雇请一个电气工人来装置硅控调光器至少需要 $30至 $50。

　　(5) 有限的既有市场,目前大部分办公室及商店照明都以萤光灯为主;而几乎所有的萤光灯都不能匹配硅控调光器。不管是在欧美,日本,或新兴国家,硅控调光器事实上都不普及。据统计,全美国包括家庭、商店、工厂与办公室,全部加起来约有七十亿灯管和灯泡。平均每个人备有28颗灯泡。但是装有调光器者,不到 1%。

　　照明大厂对硅控调光器前景不看好的几个实例就是上述Philips、Sharp推出的遥控调光器。但是不管硅控调光器或是遥控调光器,整个照明产业,显然没有共识。或者是说,当消费者不能接受昂贵的调光方案,而品牌厂商只有兴趣生产高利润的遥控调光器时,调光节能环保的美意就无疾而终了。

　　所以就如前述,我们现在处于3G、4G世代的电子业对一个简单的调光功能却束手无策,实在很讽刺。事实上,无法提供调光功能,是照明业者长久以来的一个窘境。LED照明业者,必须果断地突破这个僵局。更佳者,若能开创出一种接近零成本,不需要改变接线,不需要遥控调光器,又能维持高效率与高功因,又能立即被普遍采用的调光方式,就能让LED照明更可以和省电灯泡竞争。调光功能的突破,对整个LED照明产业,是一个非常重要的关键。

　　5.四段调光

　　在照明这种传统产业,「最可行的标准,就是原来的标准。最容易的方案,就是不需改变现状」。

　　LED 照明产业是一种渐进演变,不能改变现有照明系统的基础建设 (infra-structure)。不管是灯具造型 (PAR38, PAR30, A19, MR16, T8, T12),灯具接头 (E27, E26, E17, G13 for T8, T12),都很难再改变。到目前为止,比较成功的LED照明的产品,都是造型和使用方式与传统的灯泡和灯管很类似。日系LED照明厂在造型方面通常比较会沿用传统风格。比起造型怪异的省电灯泡,古典造型的LED灯泡自然会更受到消费者的喜爱。

　　我们可以推测,最可行的调光方式,就是不制定新标准,不改变现况,不需要改变接线,不增加任何调光器,就能达到调光功能的一种方案。在这样的条件之下,我们直觉想到可以利用的,就只有在最基本的wall switch 上动脑筋了。

　　四段调光 -- 在台湾大部分家庭的客厅,都装有可切换灯泡数目的控制装置。其原理是有一块控制板,装在客厅吊灯上方。当墙壁开关切换数次,控制板就透过几个继电器 (relay) 来改变点亮灯泡的数目。

　　但是四段调光器必须外接线路板,而且是改变点灯的数目。如何把四段调光做进单一灯泡之内,的确需要创意。以往有使用MCU来侦测墙壁开关切换次数,并改变萤光灯电子安定器的输出功率,但是线路板元件相当多,成本也不低。

　　6.EZ Dimming

　　把调光功能内建在一颗MSOP-10的 LED驱动器 之内,没有任何其他外接零件的需要。同时在各段调光准位时,都能维持高效率与高功因。因为EZ Dimming结合了正弦降压线路(sinusoidal buck),或正弦正激线路 (sinusoidal forward) 的专利驱动技术, 所以能轻易达到这种高功因、高效率、线路最小、成本最低的调光方案。

　　EZ dimming侦测wall switch切换次数,来改变调光准位。自全亮开始,循序降到六分亮,四分亮,二分亮。并且在任何调光阶段,都维持高于0.90的功因、高于80%的效率。切换柔和,完全没有突波电流或噪音的现象。线路精简,几乎是零增加硬体成本。

　　比较其他各式现有的调光方案,EZ Dimming不只是赋有超越性的功能优势,而且不需要改变接线或任何硬体设备,装置成本最低。只要将传统的灯泡、日光灯管或者省电灯泡拆卸下来,再装上一颗配有EZ Dimming的LED灯泡或灯管,立即可以将一个原先毫无调光功能的照明器具或系统,改成一个具有调光功能、节能环保的照明系统。

　　图一 GM6182 高功因、高效率、具有EZ Dimming 功能的LED 驱动器

　　图二 EZ Dimming 四段调光的准位