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新世代的led灯珠220vLED照明调光设计

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面临一个看似很是简朴的调光功效需求,现代的3G、4G、云端运算世代的电子业却一筹莫展。当红的媒体骄子--聪明电网--比照明节制也彻底力所不及。这不免让人思疑整个聪明电网的观点,纯粹是一场炒作的泡沫闹剧罢了。

绝年夜部门的电子机电工程师都感应一样困惑,为什么谈到照明调光,咱led灯珠灯珠的们照旧要依赖一个古老的元件--SCR硅控管?设计一个调光功效,真的有那麼难吗?

实在坚苦点是在装配成本与市场的不确定性。若能自硅控调光器的优错误谬误和其他调光方案装配成原来阐发,很多困惑将可以澄清。
 
本文针对于现有的调光方案举行剖析。并提出几项斗胆的猜测:
(1) 硅控调光器将以及白炽灯一路走入歷史
(2) 电子调光器与遥控调光器也没有市场远景
(3) EZ Di妹妹ing 是独一通用可行的调光方案,也将成为无所不在的调光体式格局。

1.照明需求基准
起首让咱们先相识照明需求的基准与调光节能的关係。照明设计须思量光源强度,以及被照物或者被照平面所获得的光通量。光源强度的计量单元是流明 (Lumen)。照度的计量单元是 Lux。二者之间的关係是 1 Lux = 1 Lumen/m2
假定咱们有一座 10W的LED檯灯,发出来的总光通量是600 Lumens。假如这600 Lumens全数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 -- 敞亮的食品,尤为是麵包、汉堡、海鲜、 烧烤等可以刺激食慾。以是麵包蛋糕店、汉堡速食店、餐馆的橱窗要有 1000 Lux 以上的照度。珠宝、鐘表、服饰店,也必需要有敞亮的照度,以刺激采办慾。周详工业、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、工场、出产线,则要有 300-800 Lux。
(3) 非事情场所 -- 如车站、机场、病院、年夜楼年夜厅、病房、走廊、楼梯间、茅厕,则100-300 Lux便可。公园、泊车场、与街道则可以低到 10-50 Lux。
(4) 非业务时段 -- 商用照明、一般照明在非业务时段,可以降到100-300 Lux。

适度的照明,对于市肆的竞争力,绝对于有光鲜明显的影响。便当市肆、百货公司一楼的重点专柜,包孕化妆品、珠宝,照度都跨越2000Lux。照明不足,就不会吸引留意力与采办慾。若照明过分不足,还会增长职员的疲劳感与睡意。一个较着的例子就是桃园机场的入境与出境年夜厅,照度严峻不足。比起喷鼻港机场与成田机场的敞亮水平,更让人觉得桃园机场的老旧、冷僻。只有免税市肆区,店家都是灯火通明。

表1、 各场合照明的基准



2. 调光节能
灯光是报酬照明,在夜晚或者天然光不足的场所提供充足的照度。可是灯光耗损电力,在不需要时关失灯光是可以节省能源。不外在有些时段以及环境,假如可以把灯光调到较暗的水平 (25~50%),也是可以年夜幅降低能源耗损(-50%~-75%)。
很多公用修建或者场合,如机场、车站、船埠、泊车场、街道、公园、百货阛阓、黉舍、病院、病房、工场,在夜晚不宜把灯光全数关失,不然有步履不利便或者治安的挂念。
办公年夜楼的年夜厅、茅厕、走廊、楼梯间等场合,鄙人班后维持适度的照明,也能够利便加班事情的员工,并防止治安的逝世角。
24小时业务的便当市肆、加油站、旅馆等,也能够在深夜买卖较清淡时,把灯光调暗一部门,以节约电费。

3.现有重要调光装配
常见的调光器包孕硅控调光器 (Triac di妹妹er) (前切式) ,电子式调光器 (后切式),与遥控调光器 (红外线或者RF式)。
(1) 电子式调光器 -- 可以添加很多进步前辈功效。可是必需施工,更改灯具接线 (一般墙壁开关只有接往一条交流电线,没法提供电源予电子路线),装配成本高。
(2) 遥控调光器 -- 可以添加很多进步前辈功效。但有遥控器昂贵,轻易遗掉,大众场所不合用等问题。今朝飞利浦与Sharp都有照明遥控调光器产物。价格相称昂贵,可调光的灯胆售价约是无调光灯胆两倍。遥控器另计,凡是要价在$30 ~$50。遥控调光器另外一错误谬误就是轻易遗掉,尤为是在大众的场合如黉舍、办公年夜楼等处所。
更糟糕的是,这二者都有灯具需要搭配不异厂牌的调光器,以是没有同一规格。也就是由于各厂牌互相没法相容,以是现有市场很小,将来也不太可能普及。
GE、Toshiba、Panasonic还没有推出遥控调光照明产物,信赖不会接纳竞争者的产物规格。诸年夜厂各自进行,就像手机的充电器同样,Nokia、Samsung、LG、Motorola 都互不相容。
(3) 硅控调光器 -- 电子式调光器、遥控调光器装配成本高,又无同一尺度,以是古老的硅控调光器接纳量稍多。虽然硅控调光具备很多错误谬误,可是由于不消转变接线,装配成本较低,各厂牌硅控调光器的机能以及规格不同不年夜,是很多LED照明厂今朝选择的调光方案。

表2、 市道上可见的Triac Di妹妹able LED Lighting Driver IC




4.硅控调光器的错误谬误
可是硅控调光器会成为将来LED照明的主流调光体式格局吗?谜底是相称不乐不雅的。起首来反省硅控调光器的事情道理与其天赋的错误谬误。
硅控调光器重要组成元件包孕: (1)硅控管--用来截取交流电压部门导通角度,以转变灯具的输入功率 (2) RtCt timer--Rt为可调电阻,用来转变硅控管导通角度 (3) Diac--一种击发硅控管的元件。留意:硅控管在击发以后就维持导通状况,直到畅通的电流降到 hold-up current (维繫电流) 准位如下。硅控调光器本来是为纯电阻性负载的白炽灯专用的,凡是是没法匹配萤光灯与省电灯胆 (CFL) 。
硅控调光器的重要错误谬误包孕:
(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,由于在调暗时,负载不足,会造成硅控管提前封闭,致使 RC timer与导通角庞杂。更造成萤光灯或者LED 灯操作没法不变,而闪耀不定的问题。欲解决闪耀问题,凡是要加装洩流电阻 (bleeder or du妹妹y load)。云云一来,用bleeder来耗损功率以维持硅控管的正常操作,就违反了原先调光节能的立意。
(3) 匹配问题,要开发一种与市道上数十厂牌硅控调光器,都包管相容的可调光LED灯具,是相称坚苦的。硅控调光器的匹配问题,请参阅NXP Application Note AN10754。
(4) 高装配成本,雇请一个电气工人来装配硅控调光器至少需要 $30至 $50。
(5) 有限的既有市场,今朝年夜部门办公室及市肆照明都以萤光灯为主;而险些所有的萤光灯都不克不及匹配硅控调光器。不论是在泰西,日本,或者新兴国度,硅控调光器事实上都不普及。据统计,全美国包孕家庭、市肆、工场与办公室,全数加起来约有七十亿灯管以及灯胆。平均每一个人备有28颗灯胆。可是装有调光器者,不到 1%。
照明年夜厂对于硅控调光器远景不看好的几个实例就是上述Philips、Sharp推出的遥控调光器。可是无论硅控调光器或者是遥控调光器,整个照明财产,显然没有共鸣。或者者是说,当消费者不克不及接管昂贵的调光方案,而品牌厂商只有乐趣出产高利润的遥控调光器时,调光节能环保的好心就无疾而完毕。
以是就如前述,咱们此刻处于3G、4G世代的电子业对于一个简朴的调光功效却一筹莫展,其实很嘲讽。事实上,没法提供调光功效,是照明业者恒久以来的一个逆境。LED照明业者,必需坚决地冲破这个僵局。更佳者,若能开创出一种靠近零成本,不需要转变接线,不需要遥控调光器,又能维持高效率与高功因,又能当即被遍及接纳的调光体式格局,就能让LED照明更可以以及省电灯胆竞争。调光功效的冲破,对于整个LED照明财产,是一个很是主要的要害。

5.四段调光
在照明这类传统财产,「最可行的尺度,就是本来的尺度。最轻易的方案,就是不需转变近况」。
LED 照明财产是一种渐进蜕变,不克不及转变现有照明体系的根蒂根基设置装备摆设 (infra-structure)。不论是灯具造型 (PAR38, PAR30, A19, MR16, T8, T12),灯具接头 (E27, E26, E17, G13 for T8, T12),都很难再转变。到今朝为止,比力乐成的LED照明的产物,都是造型以及使用体式格局与传统的灯胆以及灯管很近似。日系LED照明厂在造型方面凡是比力会沿用传统气势派头。比起造型独特的省电灯胆,古典造型的LED灯胆天然会更遭到消费者的喜爱。
咱们可以猜度,最可行的调光体式格局,就是不制订新尺度,不转变现况,不需要转变接线,不增长任何调光器,就能到达调光功效的一种方案。在如许的前提之下,咱们直觉想到可以哄骗的,就只有在最基本的wall switch 上动头脑了。
四段调光 -- 在台湾年夜部门家庭的客堂,都装有可切换灯胆数量的节制装配。其道理是有一块节制板,装在客堂吊灯上方。当墙壁开关切换数次,节制板就透过几个继电器 (relay) 来转变点亮灯胆的数量。
可是四段调光器必需外接路线板,并且是转变点灯的数量。怎样把四段调光做进单一灯胆以内,led灯珠有哪些型号简直需要创意。以往有使用MCU来侦测墙壁开关切换次数,并转变萤光灯电子稳固器的输出功率,可是路线板元件相称多,成本也不低。

6.EZ Di妹妹ing
就是採取用四段调光的基本观点,但把调光功效内建在一颗MSOP-10的 LED驱动器 以内,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。由于EZ Di妹妹ing联合了正弦降压路线(sinusoidal buck),或者正弦正激路线 (sinusoidal forward) 的专利驱动技能, 以是能容易到达这类高功因、高效率、路线最小、成本最低的调光方案。
EZ di妹妹ing侦测wall switch切换次数,来转变调光准位。自全亮最先,循序降到六分亮,四分亮,二分亮。而且在任何调光阶段,都维持高于0.90的功因、高于80%的效率。切换柔以及,彻底没有突波电流或者噪音的征象。路线精简,险些是零增长硬体成本。
比力其他各式现有的调光方案,EZ Di妹妹ing不只是赋有逾越性的功效上风,并且不需要转变接线或者任何硬体装备,装配成本最低。只要将传统的灯胆、日光灯管或者者省电灯胆拆卸下来,再装上一颗配有EZ Di妹妹ing的LED灯胆或者灯管,当即可以将一个原先毫无调光功效的照冥具具或者体系,改为一个具备调光功效、节能环保的照明体系。

图一  GM6182 高功因、高效率、具备EZ Di妹妹ing 功效的LED 驱动器



图二  EZ Di妹妹ing 四段调光的准位



申明: 左边A灯举行四段调光,右边B灯维持全亮度
左上: A灯全亮     右上: A灯60%亮     右下:A灯40%亮     左下: A灯20%亮

表3、  EZ Di妹妹ing 四段调光准位的功因



结论

照明耗损发电体系的20%电力。最近几年来,世界列国接踵立法,欲裁减低效率的白炽灯。省电灯胆虽然价格低廉,发光效率也很高,可是其含汞及使用年夜量玻璃,很不切合环保宗旨。LED照明具备比省电灯胆更环保、不放射紫外线等长处,可是今朝价格偏高。以是LED照明需要提供一个省电灯胆所短缺的调光功效,才气在这一波的白炽灯替换潮水中,很快争夺到重要的市佔率。
若能让所有现有照明体系都改为高效率,并且具备调光功效的LED照冥具具,对于全球环保节能将有很年夜孝敬。
现有的硅控调光器、电子市调光器、遥控调光器都有很多难以降服的错误谬误。EZ Di妹妹ing联合了正弦降压路线,或者正弦正激路线的专利驱动技能,以是能到达高功因、高效率、最低成本、当即可用的调光方案。EZ Di妹妹ing无疑是最好的调光体式格局,也是协助LED照明完成第三次照明革命的主要发现之一。

作者:Ken Liu 新绿科技


标签:LED照明

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