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三種調光調色電源架構優劣對比

發布時間:2019-07-27 點擊量:2914

進入這個時代,消費者已經不滿足于開燈即亮的簡單照明,基于半導體技術的LED燈給智能化控制帶來了無限的開發空間。在走過了2011-2014年的LED燈普及階段,2015年“亮度可調”、“色溫可調”的燈具已經為各大知名品牌采用。在2015年的雙十一,歐普奧朵雷士等紛紛推出智能照明大套餐作為雙十一主戰武器。預計2016年將是智能照明普及元年,調光調色將成為家庭裝修的主力之選。首先簡單介紹下調光調色燈的結構:


調光:
亮度從3%~100%可調,常用的場景如----晚上照看兒童用3%的月光,看電視時用30%的暖白光,晚餐和聚會時使用100%暖白光。
調色:
色溫在暖白和正白之間調節,正白能提升人的注意力,適用于閱讀學習;暖白讓人感覺放松,適合休閑娛樂的場景。當然由于顏色的變化,正白還適合在炎熱的天氣,而暖白讓人在冬天更有暖意。
冷暖色溫與亮度相配合將適宜家庭的各種場景,而成本上升不多的調光調色燈必將取代普通LED燈成為家庭照明和辦公照明的主力。
總結,調光調色燈具與普通LED燈具的差異主要為以下兩點:
有正白和暖白兩種色溫的燈珠(也有廠家推出了雙色燈珠);
使用調光調色電源:調光調色電源是輸出兩路電流,一路點亮暖白燈珠,另一路點亮正白燈珠。通過調節兩路電流的大小和比例,可以實現不同亮度和不同色溫。
電源篇
調光調色電源主要有三種架構:“輸出調節型”、“雙變壓器型”和“芯片聯動型”。
首先我們談一下LED的特性,大家都知道LED是恒流型,如果修改了電流的大小,那么色溫顯指就會有變化。如何在電流調節的時候保持恒流呢?就需要PWM調節。
這里我們科普一個專業名詞----PWM調光:
通俗說,PWM調光就是電流處于開關狀態,打開時為280mA,關閉時為0mA,那么如果打開時間為10%,那么就是28mA,所以改變打開的時間比例(占空比),就可以得到不同的平均電流。
下圖為PWM中打開時間分別為:10%、30%、50%和90%。

輸出調節型
輸出調節型的主電源部分是個一直工作的恒流恒壓電源,增加了兩個輸出開關管,依靠輸出開關管的快速開啟關閉(PWM調光)來調節輸出電流。

做一個形象的比喻,主電源就是一個水泵、電流就類比于水流、輸出的開關管就是閥門。
那么“輸出調節型”就非常類似于下圖:
一個水泵帶著兩個輸出水管,快速的打開和關閉水閥來調節每個水管的流出水量。

優勢:架構穩定成熟。
恒流恒壓源作為成熟架構而被廣泛應用于電源適配器,在調光調色的發展初期,這種傳統而成熟的架構被引進了“恒流源”為主的LED驅動行業,成為了第一代智能照明的電源;
劣勢:
1、輸出兼容性差。
在輸出開關(水閥)全部關閉時,主電源(水泵)還在繼續工作,這樣就會推高輸出電壓,會造成閃爍甚至損傷燈珠。
這就要求電源設置一個恒壓點,當輸出電壓升高到恒壓點時,主電源進入恒壓模式。
這樣每款電源對應的燈珠串聯數量需要恒定,燈珠串聯電壓應該在恒壓點的95%位置。
這樣30W電源只能適用于28~30W串聯燈珠,如果用于24或者26W,容易引起燈珠光衰較快、老化后易閃爍等問題。
2、燈珠型號與電源對應,不能靈活更換。
原理如第一條,由于恒壓點的存在,需要考慮到燈珠的導通電壓偏差,比如標稱3.1V的2835燈珠,實際設計要參考燈珠規格書兼容2.8V到3.7V,確認電源在最低導通電壓和長期老化后的最高導通電壓都能正常工作,這樣才可以避免長期大批量使用中出現品質異常。
“輸出調節型”是從傳統的恒流恒壓源改進而來,早期最易被業界理解和采用,也是目前市場占有率最高的架構。
但是設計中考慮不周全容易導致老化后閃爍、電流大幅偏差、調節亮度時實際功率無變化和遙控反應不靈敏等問題。
建議在選用該架構時,要請電源供應商確認燈珠工作電壓的最大最小值是否被全面考慮,同時應該搭假負載來測試確認。
雙變壓器型
由于非隔離電源無法實現恒流恒壓,所以非隔離采用了雙變壓器架構,就是兩路非隔離電源分別給正白和暖白光供電,通過單片機燈調節這兩路電流的大小和比例。


類比如下圖,由兩個水泵組成(非隔離水泵:P),但是取消了輸出開關管(水閥)。


優勢:
1、實現非隔離調光調色。
該架構無需恒壓模式,已經被部分電源廠商用于非隔離調光調色(而“輸出調節型”是無法實現非隔離架構的)。
眾所周知,非隔離可以大幅降低電源部分的成本。
2、調節靈敏。
“輸出調節型”在調節亮度時并不靈敏,這是因為PWM的占空比會影響輸出電壓的高度,導致功率變化和PWM占空比變化并非同步。
而雙變壓器型不涉及恒壓模式,所以可以準確反應PWM占空比的變化。
劣勢:雙變壓器的毛刺干擾。
已經有多家照明廠商發現使用雙變壓器電源后,燈珠損壞比例略有上升。
究其原理,當色溫變化時雙變壓器的毛刺干擾:已經有多家照明廠商發現使用雙變壓器電源后,燈珠損壞比例略有上升。
當色溫變化時A路電源從開啟轉入關閉,A路電感會釋放能量而產生一個逆向電壓,同時路電感會釋放能量而產生一個逆向電壓,同時B路電源從關閉轉入開啟,這時A路逆向電壓和B路開關毛刺疊加,造成燈珠過壓損傷。(可以通過示波器觀測輸出電壓來確認。)



芯片聯動型
電源的圖片相似于“輸出調節型”,但這是一個非隔離智能電源,它勿需恒壓功能,而是通過智能芯片調節電源的輸出功率(PWM調節),同時調節暖白和正白輸出通道的打開比例。
在調暗燈光的時候,智能芯片就調低了主電源(水泵)的功率來控制亮度,同時智能芯片通過改變輸出開關的打開比例來選擇色溫,所以稱之為芯片聯動型。


 類比于水泵和水閥,聯動型是一個整體控制的系統。


優勢
1、可以實現非隔離調光,同時調光反應靈敏;
2、總體成本在三種架構中最低。
劣勢:
目前市場上的恒流恒壓芯片和非隔離芯片都不能用于該架構,需要定制化芯片來實現,存在一定技術門檻。
  
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