新世代的LED照明调光设计

发布时间：2020-06-30 19:58:38 阅读：次来源：三脚架厂家

面对一个看似非常简单的调光功能需求，现代的3G、4G、云端运算世代的电子业却束手无策。当红的媒体宠儿--智慧电网--对照明控制也完全无能为力。这难免让人怀疑整个智慧电网的概念，纯粹是一场炒作的泡沫闹剧而已。

本文引用地址：绝大部分的电子电机工程师都感到同样困惑，为何谈到照明调光，我们还是要依靠一个古老的元件--SCR硅控管?设计一个调光功能，真的有那N难吗?

其实困难点是在装置成本与市场的不确定性。若能自硅控调光器的优缺点以及其他调光方案装置成本来分析，许多困惑将可以澄清。

本文针对现有的调光方案进行解析。并提出几项大胆的预测：

(1) 硅控调光器将和白炽灯一起走入v史

(2) 电子调光器与遥控调光器也没有市场前景

(3) EZ Dimming 是唯一通用可行的调光方案，也将成为无所不在的调光方式。

1.照明需求基准

首先让我们先了解照明需求的基准与调光节能的关S。照明设计须考虑光源强度，和被照物或被照平面所得到的光通量。光源强度的计量单位是流明 (Lumen)。照度的计量单位是 Lux。两者之间的关S是 1 Lux = 1 Lumen/m2

假设我们有一座 10W的led灯，发出来的总光通量是600 Lumens。如果这600 Lumens全部集中在一平方米的桌面，那桌面的照度就是 600 Lux。

(1) 商用照明 -- 明亮的食物，尤其是I包、汉堡、海鲜、烧烤等可以刺激食j。所以I包蛋糕店、汉堡速食店、餐馆的橱窗要有 1000 Lux 以上的照度。珠宝、表、衣饰店，也必须要有明亮的照度，以刺激购买j。精密工业、彩色印刷、博物馆、画廊、眼镜店、3C卖场、书店、打字、制图、诊疗室都要有1000 Lux照度。

(2) 一般照明 -- 办公室、教室、量贩店、一般店面、咖啡店、快餐馆、工厂、生产线，则要有 300-800 Lux。

(3) 非工作场合 -- 如车站、机场、医院、大楼大厅、病房、走廊、楼梯间、厕所，则100-300 Lux即可。公园、停车场、与街道则可以低到 10-50 Lux。

(4) 非营业时段 -- 商用照明、一般照明在非营业时段，可以降到100-300 Lux。

适度的照明，对商店的竞争力，绝对有显着的影响。便利商店、百货公司一楼的重点专柜，包括化妆品、珠宝，照度都超过2000Lux。照明不足，就不会吸引注意力与购买j。若照明过度不足，还会增加人员的疲惫感与睡意。一个明显的例子就是桃园机场的入境与出境大厅，照度严重不足。比起香港机场与成田机场的明亮程度，更让人感觉桃园机场的老旧、冷清。只有免税商店区，店家都是灯火通明。

表一、各场所照明的基准

2. 调光节能

灯光是人为照明，在夜晚或自然光不足的场合提供足够的照度。但是灯光消耗电力，在不需要时关掉灯光是可以节约能源。不过在有些时段和情况，如果可以把灯光调到较暗的程度 (25~50%)，也是可以大幅降低能源消耗(-50%~-75%)。

许多公用建筑或场所，如机场、车站、码头、停车场、街道、公园、百货商场、学校、医院、病房、工厂，在夜晚不宜把灯光全部关掉，否则有行动不方便或治安的顾虑。

办公大楼的大厅、厕所、走廊、楼梯间等场所，在下班后维持适度的照明，也可以方便加班工作的员工，并避免治安的死角。

24小时营业的便利商店、加油站、旅馆等，也可以在深夜生意较清淡时，把灯光调暗一部分，以节省电费。

3.现有主要调光装置

常见的调光器包括硅控调光器 (Triac dimmer) (前切式) ，电子式调光器 (后切式)，与遥控调光器 (红外线或RF式)。

(1) 电子式调光器 -- 可以添加许多先进功能。但是必须施工，更改灯具接线 (一般墙壁开关只有接往一条交流电线，无法提供电源予电子线路)，装置成本高。

(2) 遥控调光器 -- 可以添加许多先进功能。但有遥控器昂贵，容易遗失，公共场合不适用等问题。目前飞利浦与Sharp都有照明遥控调光器产品。价格相当昂贵，可调光的灯泡售价约是无调光灯泡两倍。遥控器另计，通常要价在$30 ~$50。遥控调光器另一缺点就是容易遗失，尤其是在公共的场所如学校、办公大楼等地方。

更糟的是，这两者都有灯具需要搭配相同厂牌的调光器，所以没有统一规格。也就是因为各厂牌互相无法相容，所以现有市场很小，未来也不太可能普及。

GE、Toshiba、Panasonic尚未推出遥控调光照明产品，相信不会采用竞争者的产品规格。诸大厂各行其是，就像手机的充电器一样，Nokia、Samsung、LG、Motorola 都互不相容。

(3) 硅控调光器 -- 电子式调光器、遥控调光器装置成本高，又无统一标准，所以古老的硅控调光器采用量稍多。虽然硅控调光具有许多缺点，但是因为不用改变接线，装置成本较低，各厂牌硅控调光器的性能和规格差别不大，是许多LED照明厂目前选择的调光方案。

表二、市面上可见的Triac Dimmable LED Lighting Driver IC

4.硅控调光器的缺点

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M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。