淺析LED燈具新型智能調光技術

黃榮豐

（廣州市雅江光電設備有限公司，廣東 廣州 510880）

淺析LED燈具新型智能調光技術

黃榮豐

（廣州市雅江光電設備有限公司，廣東 廣州 510880）

介紹一種LED燈具新型智能調光技術，它結合了可控硅調光與PWM數字調光兩種調光方式，可自動識別并智能切換，為劇場改造和燈具更新換代降低了成本。

調光技術；LED燈具；可控硅調光；PWM數字調光

1 概述

調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光技術主要有兩種：可控硅（晶閘管）調光和PWM（脈寬調制）數字調光。

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

PWM技術，是利用微處理器的數字輸出來對恒流驅動電路進行控制的一種應用廣泛的技術。基于LED光源的高響應速度，及可以適應10 MHz～100 MHz高頻控制的特性，使得其比較適合采用PWM技術進行數字調光。由于LED光源的電氣特性需要恒壓條件的恒流驅動器才能工作，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勢，在節能、發光效率、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展趨勢。然而，現在諸多舞臺演出場所配備了可控硅調光器系統。LED燈具如不能較好地兼容可控硅調光控制，要進入此類場所取代白熾燈具就存在較大障礙。因此，LED燈具兼容可控硅調光是我們要克服的一大難題。

廣州市雅江光電設備有限公司（“雅江”）一直致力于研究LED光源在舞臺燈光領域的應用。經過多年深入探索，終于成功自主研發了創新性的新型智能調光技術，使LED燈具適用于兩種環境下，使PWM數字信號和可控硅控制二者有機結合。“雅江”相應產品已全球首發。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新型智能調光技術做簡單的介紹與分析。

2 發光原理

首先，簡單分析一下白熾光源和LED光源的發光原理。

2.1 白熾光源發光原理

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

2.2 LED光源發光原理

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

由上可知，兩種光源的發光原理截然不同，接下來再看兩者的調光方式差異。

3 調光方式

光的漸明漸暗是舞臺燈光的最基本變化之一。

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

3.1 LED燈具PWM數字調光原理

LED光源是一個二極管，它可以實現快速開關。它的開關速度可以高達微秒級以上，是任何發光器件所無法比擬的。因此，采用PWM數字調光法，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光源發光原理

圖2 兩種調光方式示意圖

圖3 PWM數字調光

3.2 白熾燈具可控硅調光原理

利用可控硅的斬波技術調整電壓，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。當采用可控硅來調光時，輸入電壓波形因可控硅導通角度變化而偏離正弦波，也就是改變輸入電壓的有效值，就可以實現調光的目的。

在使用可控硅調光電路對白熾光源燈具調光時，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。而當可控硅調光電路與LED驅動電路配套使用時，會產生音頻噪聲和閃爍，這往往是不可接受的。

4 LED燈具新型智能調光技術

4.1 技術特點

（1）此項技術可直接使用可控硅調光；

（2）此項技術可直接采用DMX 512國際標準協議，進行PWM數字調光；

（3）可控硅調光/PWM數字調光自動識別并可智能切換；

（4）調光性能可媲美傳統燈具調光。

4.2 應用方法

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

小結

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

圖4 可控硅調光

圖5 PWM數字調光

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