本文介绍了ＬＥＤ灯具在调光控制上的优势，说明了调光对于节能的重要性。介绍了ＬＥＤ灯具中的三种调光方法，模拟调光、可控硅调光、脉冲宽度调光。说明了其基本原理，比较了各自的优缺点。对于ＬＥＤ灯具和驱动电源的设计有参考意义。
1 调光的必要性
在全球节能减排的大背景之下，作为绿色、环保节能的ＬＥＤ照明，越来越受市场青睐。而调光技术在ＬＥＤ照明中的应用将进一步提高节能减排的效果。据中国工程院院士陈良惠调查得出结论，估计在２０１０年，全国的用电量将达２．７万亿度，其中照明用电量将超过３０００亿度。目前，公共照明用电占整个照明领域二分之一，高达１５００亿度。以路灯照明为例，在午夜１２点后，道路上罕见行人和车辆。从这一段时间内，在低交通流量的道路上仍保持较高的照度显然没有十分的必要。采用调光技术，可使得ＬＥＤ路灯的输出功率在午夜１２点后随着交通流量的减少而降低。调光灯具使得商场、办公照明可以根据环境光亮度而调整照度。若以ＬＥＤ替代低能公共照明灯具，若能加以采用调光技术，按节约能源一半计算，将节约用电高达７５０亿度，近似相当于２００９年三峡电站全年发电量（２００９年三峡电站全年发电量为８００亿度），节能效果非常显着。调光技术的迅速发展，会将ＬＥＤ照明调光系统带入一个崭新的领域，从而将绿色环保节能的ＬＥＤ照明应用进行大范围的普及与推广。
2 ＬＥＤ在调光控制上的优势
（１）传统荧光灯和高压钠灯属于气体放电灯具，响应速度慢的特性决定了调光的困难。七十年代日本能源危机下，曾采用间隔点灯方法试图节能，但由于路面照度不均匀，治安和道路交通事故大幅上升，最后不得不放弃间隔点灯法。而ＬＥＤ的响应速度为纳秒级，属低压驱动部件，在调光时有着的优越的色彩和无级的照度控制。
（２）采用调光技术，降低输出功率，将显着改善ＬＥＤ灯具的工作环境温度，延长灯具寿命。众所周知，ＬＥＤ灯具的光衰和寿命取决于发光管芯的结温，并呈指数相关关系。温度每降低１０度时，寿命会延长一倍。以目前主流ＬＥＤ为例，假如结温为１０５℃，亮度降至７０％的ＬＥＤ光源寿命只有一万多小时；而结温降低到７５℃，寿命就可长达到５万小时，６５℃时寿命更可以延长至１０万小时。
（３）采用调光技术，随着输出功率地降低，驱动电源自身损耗也将降低，其壳温也将同时下降。驱动电源寿命也将翻倍，可靠性可提高２５％~４０％．
3　ＬＥＤ调光的实现方法及优缺点分析
ＬＥＤ很容易进行调光，其发光强度大致与供电电流成正比。只要降低平均电流，发出的光能就会减少。但在改变亮度的同时，不影响色度及效率的调光控制却面临很大的挑战。
（１）模拟调光方式：又称线性调光方式，是指线性调节加到ＬＥＤ上的电流，其优点是线路简单直观。对于恒流驱动的ＬＥＤ驱动器，其受控信号为流经ＬＥＤ的电流。以图1的反激式拓扑为例，为了减少采样电阻上的功率损耗，Ｒｓ都取得很小，如０．５欧姆。设ＬＥＤ灯功率为１０Ｗ，则流经Ｒｓ电流有效值为设Ｄ为最大值０．５，转换效率为８０％，相应的反馈电压为。
如果线性改变流经ＬＥＤ的电流，由于反馈电压较低，容易受到外界噪声的干扰，引起系统不稳定，发生闪烁。并且，ＬＥＤ发光芯片给出的色温数据是在额定工作电流下的数据，如图2所示，若改变流经ＬＥＤ的电流，会改变ＬＥＤ芯片的电流工作点，对色温有一定影响，而人的视觉对色温较亮度更为敏感，引起调光后的不适感。总之，模拟调光方式，不是理想的ＬＥＤ调光方式。
（２）可控硅调光：为了兼容市场上存在的墙壁式调光开关，有的ＬＥＤ驱动器后向兼容ＴＲＩＡＣ进行调光。如图三所示，其基本原理为，利用ＲＣ网络进行充放电，在电容上的电压足以击穿ＤＩＡＣ时，来延迟触发可控硅，实现电压斩波，从而改变电压的有效值，实现功率的调节。故调节图3中Ｒ１电阻值就可得到不同的导通角，从而改变输入到负载中的功率。第一方面，传统可控硅调光是为４０Ｗ～２００Ｗ电阻性负载特性的白炽灯所设计，若直接用于ＬＥＤ调光，会引起诸多问题。因为可控硅是自维持导通器件，在被触发导通后，需要不同的维持电流值来维持导通，其允许流经电流就越大，其所需要的维持电流越大，通常在几ｍＡ到３０ｍＡ之间。如果没有足够的维持电流来保证可控硅稳定的导通角，可控硅在被触发导通后会错误关断，引起ＲＣ网络的充放电时序的混乱，输出的波形就会不均匀，即我们所看到的灯光闪烁。室内照明应用的ＬＥＤ灯具功率大部分在２０Ｗ以下，在弱负载时，特别是导通角较小的情况下，流经ＬＥＤ本身的电流不足以保证足够的维持电流。直观的解决方法是在可控硅开关之后，加入一个虚拟负载，产生稳定的１０～３０ｍＡ负载。但加入虚拟负载以后，在全导通时，按１０～３０ｍＡ计算，其功耗为△Ｐ＝２２０Ｖ×０．０１Ａ～２２０Ｖ×０．０３Ａ＝２．５Ｗ～６．６Ｗ，一个６．６Ｗ的虚拟负载如放在一个２０Ｗ以下的ＬＥＤ灯具内是断不可行的，效率会降的很低。
第二，由于引入了ＡＣ/ＤＣ变换，由于整流桥后滤波电容的影响，呈非电阻性负载特性。
大部分可控硅开关为了减少导通关断时的电磁辐射，在可控硅两端并联有小容量电容，并且串联有小电感。这个电容、电感与整流桥后的滤波电容会形成谐振回路，使得可控硅在关断时，仍有电流流经ＬＥＤ驱动电路，形成失控和闪烁。对于支持ＴＲＩＡＣ调光的ＬＥＤ驱动器，需要满足较高的功率因数，在各个导通角的情况下，一般要求在９５％以上，以使负载在输入端看来呈阻性。
最新的解决方案如图4所示，斩波后的电压，经集成在芯片内部的角度解码器采样后，输出与导通角同步的数字信号，其占空比与导通角相同，角度解码器监测导通周期的频率，自适应地控制维持电流补充电路，在可控硅导通期间，动态调节需要泄放的维持电流。这样，可以采取最小的维持电流，动态适应市场上的所有可控硅墙壁开关，并且只在导通期间的电压过零点附件予以补偿，减少了额外损耗。低频５０Ｈｚ的控制信号，若直接用于调光控制，会引起人眼不易察觉的闪烁，经频率映射器转换为更高频率的ＰＷＭ控制信号，如后文所述，用于调制流经ＬＥＤ中的电流，这里还可以加入指数型调光曲线映射，以补偿人眼对亮度指数相关的感觉。
（３）脉冲宽度（ＰＷＭ）调光：通过改变ＰＷＭ输入脉冲信号的占空比来调制ＬＥＤ驱动芯片对功率ＭＯＳ管的门极控制信号，就可控制通过ＬＥＤ平均电流。图5中列出了调光ＰＷＭ信号波形，功率ＭＯＳ管门极控制信号波形，以及流经ＬＥＤ的电流波形。在ＰＷＭ调光信号为高电平时，ＬＥＤ工作在额定电流，在调光信号为低电平时，ＬＥＤ中的电流为零。为了避免闪烁，调光ＰＷＭ的信号需要在１００Ｈｚ以上，功率ＭＯＳ管的开关频率一般在２５０ＫＨｚ以上，由于人的眼睛视觉的滞留性，不会感觉到光源在调光过程中发生的闪烁。假设ＬＥＤ驱动电源工作在３００ＫＨｚ开关频率，其周期为３．３３ｍＳ，若采取２００Ｈｚ的ＰＷＭ的波形调制，其周期为５ｍＳ，３．３３ｕＳ等于ＰＷＭ调光周期的０．０６７％，即理论上可达到１：１５００的调光比例。
利用ＰＷＭ调光，在每个电流流过期间，ＬＥＤ工作在理想的额定电流，不会引起在模拟调光中的色度变化。缺点是实现方法较为复杂，但现在已有支持ＰＷＭ调光的驱动芯片和电源模组供应，在大规模应用时，不会引起太大的成本变化。
4 结束语
模拟调光方式由于会引起色度的变化，不会成为调光方案的主流。而可控硅调光，会引起功率因数劣化，导通角愈短，功率因数就愈差。调到１/４亮度时，功率因数将低于０．２５，并且引起供电系统的谐波干扰，不建议在大于１００Ｗ的调光灯具中使用。由于既存的ＴＲＡＩＣ墙壁开关市场，会在家庭及小功率商用照明应用中继续存在。新的ＴＲＩＡＣ　ＬＥＤ调光技术，利用集成与芯片内的控制逻辑，能减少闪烁，以及减少额外的维持电流以提高效率。ＰＷＭ调光方式，是ＬＥＤ理想的调光方式，技术也已成熟，建议在大功率ＬＥＤ照明，如１００Ｗ以上的应用中，采取ＰＷＭ方式调光。对于可控硅调光和ＰＷＭ调光，美国ＥＸＣＬＡＲＡ公司都有完整的芯片以及电源模块解决方案。