淺析LED燈具新型智能調(diào)光技術(shù)

黃榮豐

（廣州市雅江光電設(shè)備有限公司，廣東 廣州 510880）

淺析LED燈具新型智能調(diào)光技術(shù)

黃榮豐

（廣州市雅江光電設(shè)備有限公司，廣東 廣州 510880）

介紹一種LED燈具新型智能調(diào)光技術(shù)，它結(jié)合了可控硅調(diào)光與PWM數(shù)字調(diào)光兩種調(diào)光方式，可自動識別并智能切換，為劇場改造和燈具更新?lián)Q代降低了成本。

調(diào)光技術(shù)；LED燈具；可控硅調(diào)光；PWM數(shù)字調(diào)光

1 概述

調(diào)光是舞臺燈光變化的最基本手段。目前，最常用的舞臺燈光電調(diào)光技術(shù)主要有兩種：可控硅（晶閘管）調(diào)光和PWM（脈寬調(diào)制）數(shù)字調(diào)光。

可控硅調(diào)光，是一種適應(yīng)于傳統(tǒng)的白熾光源的調(diào)光技術(shù)。因白熾光源為純阻性器件，其發(fā)光機理使得它有一定的熱慣性。利用可控硅的斬波技術(shù)，通過調(diào)整電壓，能順利實現(xiàn)白熾光源的調(diào)光。燈光在調(diào)光過程中非常平穩(wěn)，無閃爍跳變。

PWM技術(shù)，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對恒流驅(qū)動電路進行控制的一種應(yīng)用廣泛的技術(shù)?；贚ED光源的高響應(yīng)速度，及可以適應(yīng)10 MHz～100 MHz高頻控制的特性，使得其比較適合采用PWM技術(shù)進行數(shù)字調(diào)光。由于LED光源的電氣特性需要恒壓條件的恒流驅(qū)動器才能工作，所以不適合用可控硅直接控制。

與白熾光源相比，LED光源有著多方面的優(yōu)勢，在節(jié)能、發(fā)光效率、壽命、速度和安全等方面尤為突出。后者取代前者是必然的發(fā)展趨勢。然而，現(xiàn)在諸多舞臺演出場所配備了可控硅調(diào)光器系統(tǒng)。LED燈具如不能較好地兼容可控硅調(diào)光控制，要進入此類場所取代白熾燈具就存在較大障礙。因此，LED燈具兼容可控硅調(diào)光是我們要克服的一大難題。

廣州市雅江光電設(shè)備有限公司（“雅江”）一直致力于研究LED光源在舞臺燈光領(lǐng)域的應(yīng)用。經(jīng)過多年深入探索，終于成功自主研發(fā)了創(chuàng)新性的新型智能調(diào)光技術(shù)，使LED燈具適用于兩種環(huán)境下，使PWM數(shù)字信號和可控硅控制二者有機結(jié)合?！把沤毕鄳?yīng)產(chǎn)品已全球首發(fā)。此種LED燈具可以完全兼容兩種控制信號，集兩種控制接口于一身。本文就此項LED新型智能調(diào)光技術(shù)做簡單的介紹與分析。

2 發(fā)光原理

首先，簡單分析一下白熾光源和LED光源的發(fā)光原理。

2.1 白熾光源發(fā)光原理

白熾光源是將燈絲通電加熱到白熾狀態(tài)，通過熱輻射發(fā)出可見光的光源。在電路系統(tǒng)中燈絲作為發(fā)熱電阻。通電后，燈絲加熱至白熾狀態(tài)，溫度高達3 000 ℃，熾熱的燈絲產(chǎn)生光輻射。簡單地說，是將電能轉(zhuǎn)化為熱能，再將熱能轉(zhuǎn)化為光能。這種光源發(fā)光效率很低，基本上都是轉(zhuǎn)化為熱能耗。

2.2 LED光源發(fā)光原理

LED是一個半導(dǎo)體的晶片，晶片附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位；另一部分是N型半導(dǎo)體，這里面主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成一個“P-N結(jié)”。當電流通過導(dǎo)線作用于此晶片時，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，由此直接將電能轉(zhuǎn)化為光能（見圖1）。

由上可知，兩種光源的發(fā)光原理截然不同，接下來再看兩者的調(diào)光方式差異。

3 調(diào)光方式

光的漸明漸暗是舞臺燈光的最基本變化之一。

任何調(diào)光都要做到0～100%的調(diào)光過程平穩(wěn)漸變，在調(diào)光過程當中，不能有閃爍和抖動的現(xiàn)象（調(diào)光方式對比見圖2）。

3.1 LED燈具PWM數(shù)字調(diào)光原理

LED光源是一個二極管，它可以實現(xiàn)快速開關(guān)。它的開關(guān)速度可以高達微秒級以上，是任何發(fā)光器件所無法比擬的。因此，采用PWM數(shù)字調(diào)光法，只要把電源改成脈沖恒流源，改變脈沖寬度，就可以改變其亮度（見圖3）。改變恒流源脈沖的占空比就可以改變LED的亮度。

圖1 LED光源發(fā)光原理

圖2 兩種調(diào)光方式示意圖

圖3 PWM數(shù)字調(diào)光

3.2 白熾燈具可控硅調(diào)光原理

利用可控硅的斬波技術(shù)調(diào)整電壓，因白熾光源為純阻性負載，意味著它的電流波形和電壓波形是一致的。當采用可控硅來調(diào)光時，輸入電壓波形因可控硅導(dǎo)通角度變化而偏離正弦波，也就是改變輸入電壓的有效值，就可以實現(xiàn)調(diào)光的目的。

在使用可控硅調(diào)光電路對白熾光源燈具調(diào)光時，可控硅輸出是交流斬波電壓，由于白熾光源的熱慣性，人眼根本看不出閃爍。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)生音頻噪聲和閃爍，這往往是不可接受的。

4 LED燈具新型智能調(diào)光技術(shù)

4.1 技術(shù)特點

（1）此項技術(shù)可直接使用可控硅調(diào)光；

（2）此項技術(shù)可直接采用DMX 512國際標準協(xié)議，進行PWM數(shù)字調(diào)光；

（3）可控硅調(diào)光/PWM數(shù)字調(diào)光自動識別并可智能切換；

（4）調(diào)光性能可媲美傳統(tǒng)燈具調(diào)光。

4.2 應(yīng)用方法

LED燈具應(yīng)用分三種情形：直接使用可控硅箱進行調(diào)光（見圖4）；直接使用DMX 512信號進行PWM數(shù)字調(diào)光（見圖5）；由電源管理系統(tǒng)自動識別并且智能切換硅箱調(diào)光與PWM數(shù)字調(diào)光（見圖6）。

小結(jié)

隨著燈光技術(shù)的飛速發(fā)展，市場的需求不斷提高，加之人們節(jié)能意識的加強，燈光系統(tǒng)的功能也日益趨向智能化。LED燈具新型智能調(diào)光技術(shù)是適應(yīng)舞臺燈光發(fā)展的一種新技術(shù)，它結(jié)合了可控硅調(diào)光與PWM數(shù)字調(diào)光兩種調(diào)光方式，使用方便。它的推出，必定能為用戶在燈具發(fā)展更新?lián)Q代過程中降低成本，使LED燈具的應(yīng)用不再受調(diào)光控制系統(tǒng)的限制，也使LED舞臺燈具的適應(yīng)性和生命力更強。

圖4 可控硅調(diào)光

圖5 PWM數(shù)字調(diào)光

圖6 智能切換

（編輯 張冠華）

Intelligent LED Luminaries Dimming System Controlled Silicon and PWM

HUANG Rong-feng
(Guangzhou Yajiang photoelectric equipment limited company, Guangzhou Guangdong 510880, China)

The paper introduced a new intelligent LED lighting dimming technology with two dimming methods which are controlled silicon and PWM digital dimming. With this technology, system could recognize and switchover dimming methods automatically, deduce the cost of theater renovation and lighting update.

dimming technology; LED luminaries; controlled silicon dimming; PWM digital dimming

10.3969/j.issn.1674-8239.2015.01.003