調(diào)光型LED路燈的原理和應(yīng)用

李光榮

（無錫市照明工程有限公司，江蘇無錫214000）

調(diào)光型LED路燈的原理和應(yīng)用

李光榮

（無錫市照明工程有限公司，江蘇無錫214000）

文章簡要概說了近年來LED照明的發(fā)展情況，介紹了城市道路照明工程的特點(diǎn)以及LED采用調(diào)光節(jié)能的優(yōu)勢，詳細(xì)介紹了AC切相調(diào)光和0-10VDC信號調(diào)光兩種常見的調(diào)光方式。介紹了這兩種調(diào)光方式采用的LED驅(qū)動電源的原理、特性、詳細(xì)的技術(shù)參數(shù)以及簡單的控制電路圖，最后總結(jié)了兩種調(diào)光方式各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

LED路燈；調(diào)光；道路照明

0 引 言

近年來，隨著LED照明技術(shù)逐漸成熟，各類LED照明產(chǎn)品如雨后春筍，大量地進(jìn)入市場，影響著人們生活的方方面面。在城市道路照明方面，LED路燈也在逐步推廣。

2010年，LED路燈的整燈光效普遍在50～60 lm/W，光效低于氣體放電燈，更談不上節(jié)約電能，而且當(dāng)時的LED驅(qū)動電源技術(shù)還不成熟，驅(qū)動電源的壽命一般在1～2年左右，當(dāng)時的LED路燈“不節(jié)能不節(jié)錢”。但是經(jīng)過了5年的發(fā)展，LED照明技術(shù)日益成熟，近期我公司檢測的LED路燈光效普遍在110～120 lm/W，高于氣體放電燈，而且目前的LED驅(qū)動電源壽命普遍在5年以上。氣體放電燈由于其發(fā)光原理的限制，光效已經(jīng)到達(dá)了瓶頸，很難再有明顯的提高。LED作為新一代的照明光源，潛力無限，再經(jīng)過幾年的發(fā)展，光效將達(dá)到一個新的高度。

1 智能調(diào)光照明背景

雖說目前LED路燈的光效已經(jīng)高于氣體放電燈，但是想要進(jìn)一步節(jié)能，只有采用LED調(diào)光技術(shù)。特別是在城市道路照明工程中，由于到后半夜時，道路上車少人稀，如果仍然保持道路照明的高照度，不僅沒有實(shí)際的照明價值，而且浪費(fèi)電能。若到了后半夜讓LED路燈的亮度降低，從而降低功率，節(jié)約電能，這樣既滿足了人們出行的要求，又節(jié)約能源。

目前，在所有的人造光源中，LED是最適合采用調(diào)光技術(shù)節(jié)能的光源。寬廣的動態(tài)工作范圍只要控制流過的工作電流就能方便并且不損害其壽命地實(shí)現(xiàn)0～100%的調(diào)光，而氣體放電燈由于其發(fā)光原理的特點(diǎn)，60%的調(diào)光已是其極限值。LED路燈輸出功率減小時，其光效不會隨之減小，這些優(yōu)良的調(diào)光特性是其他人造光源不具備的。

2 LED路燈調(diào)光方案

LED路燈若想實(shí)現(xiàn)降功率調(diào)光，必須采用可調(diào)光的LED驅(qū)動電源。目前，可調(diào)光的LED驅(qū)動電源一般分為兩種：一種為AC切相調(diào)光，另一種為0－10VDC信號控制調(diào)光。

2.1 AC切相調(diào)光

AC切相調(diào)光即通過調(diào)節(jié)LED驅(qū)動電源的輸入電壓，使輸出電壓或電流隨著輸入電壓的變化而變化。驅(qū)動電源如圖1所示。

以PCD-60-500BLED驅(qū)動電源為例，其外觀和普通的LED驅(qū)動電源沒有區(qū)別。與普通驅(qū)動電源不同的只是當(dāng)輸入電壓從220 V降低時，輸出的電壓或電流會隨之降低，從而實(shí)現(xiàn)LED路燈的調(diào)光功能。而普通的LED驅(qū)動電源輸出不會隨著輸入電壓的變化而變化。

AC切相調(diào)光LED驅(qū)動電源的內(nèi)部原理（圖2）。

圖1 驅(qū)動電源外形圖

圖2 調(diào)光電源原理圖

LED驅(qū)動電源的詳細(xì)參數(shù)如下所示。

1）電壓范圍：180～295 VAC；

2）頻率范圍：47～63 Hz；

3）功率引述：PF＞0.9/230 VAC；

4）總諧波失真：THD＜20%；

5）額定電流：500 mA；

6）工作電壓范圍：70～108 V；

7）啟動時間：500 ms/230 VAC；

8）工作溫度：－30℃～＋45℃。

AC切相調(diào)光系統(tǒng)的電路圖如圖3所示。

圖3 AC切相調(diào)光系統(tǒng)電路圖

如圖3所示，當(dāng)PLC控制器發(fā)出控制信號給可控硅調(diào)功器時，調(diào)功器改變輸出電壓，從而降低LED路燈線路的供電電壓，LED路燈通過AC切相LED驅(qū)動電源改變LED路燈的功率，降低其亮度，以達(dá)到節(jié)能目的。

這種LED路燈調(diào)光方式的優(yōu)點(diǎn)在于施工簡單，不需要額外敷設(shè)電纜線路，工程造價相對較低。但這種方式也存在兩個缺點(diǎn)，一是降低了整個照明供電線路的電壓，若該配電箱不僅接入了調(diào)光的LED路燈負(fù)荷，還接入了其他氣體放電燈的負(fù)荷，則會造成氣體放電燈不能正常工作，所以這種調(diào)光方案容易使配電箱不能得到充分的利用。二是采用可控硅調(diào)功器降壓，因可控硅降壓的原理是利用可控硅的通斷性，對正弦交流電進(jìn)行斬波降壓，這種降壓方式會使供電線路的電流總諧波增大，降低LED路燈的使用壽命。

2.2 0-10VDC信號控制調(diào)光

0-10VDC信號控制調(diào)光即LED驅(qū)動電源上引出兩根信號控制線，當(dāng)信號控制線上輸入0～10 V的電壓信號時，LED驅(qū)動電源根據(jù)信號電壓的大小而改變輸出的電壓或者電流，外形如圖4所示。

以ELG-100-C500B為例，其外觀上和普通驅(qū)動電源的區(qū)別在于輸出端多了兩根信號控制線。目前市場上所銷售的0-10VDC調(diào)光型LED驅(qū)動電源，不僅可以采用0～10 V的控制信號，也可以用10 V PWM或者電阻進(jìn)行調(diào)光。以0-10VDC調(diào)光信號為例，調(diào)光曲線如圖5所示。

圖4 信號控制調(diào)光器外形圖

圖5 調(diào)光曲線圖

LED驅(qū)動電源的詳細(xì)參數(shù)如下所示。

1）電壓范圍：180～295 VAC；

2）頻率范圍：47～63 Hz；

3）功率引述：PF≥0.95/230 VAC；

4）總諧波失真：THD＜20%；

5）額定電流：500 mA；

6）工作電壓范圍：150～300 V；

7）調(diào)光方式：0～10 VDC或10 V PWM信號或電阻；

8）啟動時間：500 ms/230 VAC；

9）工作溫度：－40℃～＋75℃。

信號控制調(diào)光系統(tǒng)的電路圖如圖6所示。

如圖6所示，當(dāng)PLC控制器輸出0～10 VDC或10 V PWM信號到LED驅(qū)動電源的信號控制端，LED驅(qū)動電源改變其輸出的電流或電壓，改變LED路燈的亮度，降低功率。

這種調(diào)光方式相對于AC切相調(diào)光更加穩(wěn)定，強(qiáng)弱電隔離，控制方便，安全可靠，不會增加供電線路的電流總諧波，不改變供電線路的電壓，不影響其他照明負(fù)荷的接入。其缺點(diǎn)在于需要額外敷設(shè)兩根信號控制線，工程造價略高。

圖6 信號控制調(diào)光系統(tǒng)電路示意圖

3 小 結(jié)

LED作為新一代的照明光源，潛力無限，非常適合采用智能的調(diào)光方式進(jìn)一步節(jié)約電能。我們可根據(jù)具體的照明工程，具體的道路交通情況，靈活地設(shè)定調(diào)光的方式和時間。例如：一些城市的偏遠(yuǎn)道路，到了后半夜時，路上的行人車輛十分稀少，就可讓LED路燈以40%左右的功率運(yùn)行，而在一些城區(qū)的主要道路上，后半夜時也可適當(dāng)降低功率，這樣既保證了人們出行的基本要求，又節(jié)約了電能。

在能源危機(jī)形勢日益嚴(yán)峻，環(huán)境質(zhì)量不容樂觀的今天，大力倡導(dǎo)節(jié)約型、智能型的城市道路照明工程應(yīng)是每一位照明工程建設(shè)者的責(zé)任。

［1］李鐵楠.城市道路照明設(shè)計［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2006

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［8］胡宴如，耿蘇燕.模擬電子技術(shù)［M］.2005

Princip les and App lications of Dimmable LED Lights

LI Guangrong
（Wuxi City Lighting Engineering Co.，Ltd，Wuxi214000，P.R.China）

This article provides a brief overview of the recent development of the situation，said LED lighting，introduces the characteristics of urban road lighting engineering and energy-efficient LED dimming using advantages，detailing the AC phase cut dimmer and dimmer two 0-10Vdc signal kinds of common dimming.It describes both dimming LED drive power using the principles，features，detailed technical parameters and simple control circuit diagram，concluded two dimming their advantages and disadvantages.

LED lights；dimming lighting；road lighting

2015-11-17

李光榮（1978-），男，工程師，主要從事道路照明技術(shù)與管理工作。