1、LED 照明调光设计方案收藏此信息 打印该信息 添加：用户发布 来源：未知中心议题： 照明需求的基准 现有调光装置与方案 硅控调光器的优缺点 四段调光优缺点 解决方案： 采用 EZDimming 调光 调光功能内建在 LED 驱动器之内 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历史(2)电子调光器与遥控调光器也没有市场前景(3)EZDimming 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键。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
2、(Lumen)。照度的计量单位是 Lux。两者之间的关系是 1Lux=1Lumen/m2假设我们有一座 10W 的 LED 灯, 发出来的总光通量是 600Lumens。如果这 600Lumens 全部集中在一平方米的桌面,那桌面的照度就是 600Lux。(1)商用照明-明亮的食物 ,尤其是汉堡、海鲜、烧烤等可以刺激食欲。所以蛋糕店、汉堡速食店、餐馆的橱窗要有 1000Lux 以上的照度。珠宝、名表、衣饰店,也必须要有明亮的照度,以刺激购买。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 1000Lux 照度。(2)一般照明-办公室、教室、量贩店、一般店面
3、、咖啡店、快餐馆、工厂、生产线, 则要有300-800Lux。(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 100-300Lux 即可。公园、停车场、与街道则可以低到 10-50Lux。(4)非营业时段- 商用照明、一般照明在非营业时段 ,可以降到 100-300Lux。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。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
4、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(2550%),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。2
5、4 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(Triacdimmer)(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,
6、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,
7、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 TriacDimmableLEDLightingDriverIC4.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)RtCttimer-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-upcurre
8、nt(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 RCtimer 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 ,通常要加装电阻(bleederordummyload)。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
9、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 NXPApplicationNoteAN10754。(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、Shar
10、p 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
11、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,G13forT8,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
12、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 wallswitch 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
13、是线路板元件相当多 ,成本也不低。6.EZDimming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 EZDimming 结合了正弦降压线路(sinusoidalbuck),或正弦正激线路(sinusoidalforward) 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。EZdimming 侦测 wallswitch 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
14、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,EZDimming 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 EZDimming 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 EZDimming 功能的 LED 驱动器图二 EZDimming 四段调光的准位说明:左侧 A 灯进行四段调光,右侧 B 灯维持全亮度左上:A 灯全亮右上 :A
15、 灯 60%亮右下:A 灯 40%亮左下:A 灯 20%亮表三、EZDimming 四段调光准位的功因照明消耗发电系统的 20%电力。近年来,世界各国相继立法,欲淘汰低效率的白炽灯。省电灯泡虽然价格低廉,发光效率也很高 ,但是其含汞及使用大量玻璃 ,很不符合环保宗旨。LED照明具有比省电灯泡更环保、不放射紫外线等优点,但是目前价格偏高。所以 LED 照明需要提供一个省电灯泡所欠缺的调光功能,才能在这一波的白炽灯替代潮流中, 很快争取到主要的地位若能让所有现有照明系统都改成高效率,而且具有调光功能的 LED 照明器具, 对全世界环保节能将有很大贡献。现有的硅控调光器、电子市调光器、遥控调光器都有许多难以克服的缺点。EZDimming 结合了正弦降压线路,或正弦正激线路的专利驱动技术 ,所以能达到高功因、高效率、最低成本、立即可用的调光方案。EZDimming 无疑是最佳的调光方式,也是协助 LED 照明完成第三次照明革命的重要发明之一。
