LED照明調(diào)光設(shè)計(jì)方案

1、led 照明調(diào)光設(shè)計(jì)方案本文針對現(xiàn)有的調(diào)光方案進(jìn)行解析。并提出幾項(xiàng)大膽的預(yù)測：(1)硅控調(diào)光器將和白熾燈一起走入歷史(2)電子調(diào)光器與遙控調(diào)光器也沒有市場前景(3)ezdimming是唯一通用可行的調(diào)光方案,也將成為無所不在的調(diào)光方式。1.照明需求基準(zhǔn)首先讓我們先了解照明需求的基準(zhǔn)與調(diào)光節(jié)能的關(guān)鍵。照明設(shè)計(jì)須考慮光源強(qiáng)度,和被照物或被照平面所得到的光通量。光源強(qiáng)度的計(jì)量單位是流明(lumen) 。照度的計(jì)量單位是lux。兩者之間的關(guān)系是1lux=1lumen/m2 假設(shè)我們有一座10w的 led燈 ,發(fā)出來的總光通量是600lumens 。如果這600lumens全部集中在一平方米的桌面,那桌

2、面的照度就是600lux 。(1)商用照明 -明亮的食物 ,尤其是漢堡、海鮮、燒烤等可以刺激食欲。所以蛋糕店、漢堡速食店、餐館的櫥窗要有1000lux以上的照度。珠寶、名表、衣飾店,也必須要有明亮的照度,以刺激購買。精密工業(yè)、彩色印刷、博物館、畫廊、眼鏡店、3c賣場、書店、打字、制圖、診療室都要有1000lux 照度。(2)一般照明 -辦公室、教室、量販店、一般店面、咖啡店、快餐館、工廠、生產(chǎn)線,則要有 300-800lux 。(3)非工作場合 -如車站、機(jī)場、醫(yī)院、大樓大廳、病房、走廊、樓梯間、廁所,則100-300lux即可。公園、停車場、與街道則可以低到10-50lux 。(4)非營業(yè)時(shí)

3、段 -商用照明、一般照明在非營業(yè)時(shí)段,可以降到100-300lux 。適度的照明 ,對商店的競爭力,絕對有顯著的影響。便利商店、百貨公司一樓的重點(diǎn)專柜 ,包括化妝品、 珠寶 ,照度都超過2000lux 。 照明不足 ,就不會(huì)吸引注意力與購買。若照明過度不足,還會(huì)增加人員的疲憊感與睡意。一個(gè)明顯的例子就是桃園機(jī)場的入境與出境大廳,照度嚴(yán)重不足。比起香港機(jī)場與成田機(jī)場的明亮程度,更讓人感覺桃園機(jī)場的老舊、冷清。只有免稅商店區(qū),店家都是燈火通明。表一、各場所照明的基準(zhǔn)2.調(diào)光節(jié)能燈光是人為照明,在夜晚或自然光不足的場合提供足夠的照度。但是燈光消耗電力,在不需要時(shí)關(guān)掉燈光是可以節(jié)約能源。不過在有些時(shí)段

4、和情況,如果可以把燈光調(diào)到較暗的程度(2550%), 也是可以大幅降低能源消耗(-50%-75%) 。許多公用建筑或場所,如機(jī)場、車站、碼頭、停車場、街道、公園、百貨商場、學(xué)校、醫(yī)院、病房、工廠,在夜晚不宜把燈光全部關(guān)掉,否則有行動(dòng)不方便或治安的顧慮。辦公大樓的大廳、廁所、走廊、樓梯間等場所,在下班后維持適度的照明,也可以方便加班工作的員工,并避免治安的死角。24 小時(shí)營業(yè)的便利商店、加油站、 旅館等 ,也可以在深夜生意較清淡時(shí),把燈光調(diào)暗一部分 ,以節(jié)省電費(fèi)。3.現(xiàn)有主要調(diào)光裝置常見的調(diào)光器包括硅控調(diào)光器(triacdimmer)(前切式 ),電子式調(diào)光器(后切式 ),與遙控調(diào)光器 (紅外線

5、或rf 式)。(1)電子式調(diào)光器-可以添加許多先進(jìn)功能。但是必須施工,更改燈具接線(一般墻壁開關(guān)只有接往一條交流電線,無法提供電源予電子線路),裝置成本高。(2)遙控調(diào)光器 -可以添加許多先進(jìn)功能。但有遙控器昂貴,容易遺失 ,公共場合不適用等問題。目前飛利浦與sharp 都有照明遙控調(diào)光器產(chǎn)品。價(jià)格相當(dāng)昂貴,可調(diào)光的燈泡售價(jià)約是無調(diào)光燈泡兩倍。遙控器另計(jì),通常要價(jià)在 $30$50 。遙控調(diào)光器另一缺點(diǎn)就是容易遺失,尤其是在公共的場所如學(xué)校、辦公大樓等地方。更糟的是 ,這兩者都有燈具需要搭配相同廠牌的調(diào)光器,所以沒有統(tǒng)一規(guī)格。也就是因?yàn)楦鲝S牌互相無法相容,所以現(xiàn)有市場很小,未來也不太可能普及。g

6、e 、toshiba 、panasonic尚未推出遙控調(diào)光照明產(chǎn)品,相信不會(huì)采用競爭者的產(chǎn)品規(guī)格。諸大廠各行其是 ,就像手機(jī)的充電器一樣,nokia 、samsung 、lg、motorola 都互不相容。(3)硅控調(diào)光器 -電子式調(diào)光器、遙控調(diào)光器裝置成本高,又無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),所以古老的硅控調(diào)光器采用量稍多。雖然硅控調(diào)光具有許多缺點(diǎn),但是因?yàn)椴挥酶淖兘泳€,裝置成本較低 ,各廠牌硅控調(diào)光器的性能和規(guī)格差別不大,是許多l(xiāng)ed照明廠目前選擇的調(diào)光方案。表二、市面上可見的triacdimmableledlightingdriveric 4.硅控調(diào)光器的缺點(diǎn)但是硅控調(diào)光器會(huì)成為未來led 照明的主流調(diào)光方

7、式嗎?答案是相當(dāng)不樂觀的。首先來檢討硅控調(diào)光器的工作原理與其先天的缺點(diǎn)。硅控調(diào)光器主要構(gòu)成元件包括：(1)硅控管 -用來截取交流電壓部分導(dǎo)通角度,以改變燈具的輸入功率(2)rtcttimer-rt為可調(diào)電阻 ,用來改變硅控管導(dǎo)通角度(3)diac- 一種擊發(fā)硅控管的元件。注意：硅控管在擊發(fā)之后就維持導(dǎo)通狀態(tài),直到流通的電流降到hold-upcurrent(維勞電流 )準(zhǔn)位以下。硅控調(diào)光器原來是為純電阻性負(fù)載的白熾燈專用的,通常是無法匹配螢光燈與省電燈泡(cfl) 。硅控調(diào)光器的主要缺點(diǎn)包括：(1)功率因數(shù)會(huì)變差,導(dǎo)通角愈短 ,功因就愈差。調(diào)到1/4 亮?xí)r ,功因?qū)⒌陀?.25 。(2)效率會(huì)變

8、差 ,因?yàn)樵谡{(diào)暗時(shí),負(fù)載不足 ,會(huì)造成硅控管提早關(guān)閉,導(dǎo)致 rctimer與導(dǎo)通角錯(cuò)亂。更造成螢光燈或led 燈操作無法穩(wěn)定,而閃爍不定的問題。欲解決閃爍問題 ,通常要加裝電阻(bleederordummyload)。如此一來 ,用 bleeder 來消耗功率以維持硅控管的正常操作,就違背了原先調(diào)光節(jié)能的立意。(3)匹配問題 ,要開發(fā)一種與市面上數(shù)十廠牌硅控調(diào)光器,都保證相容的可調(diào)光led燈具, 是 相 當(dāng)困 難的。 硅 控調(diào)光 器 的匹 配問題 , 請參閱nxpapplicationnotean10754。(4)高裝置成本 ,雇請一個(gè)電氣工人來裝置硅控調(diào)光器至少需要$30 至$50 。(5)

9、 有限的既有市場,目前大部分辦公室及商店照明都以螢光燈為主;而幾乎所有的螢光燈都不能匹配硅控調(diào)光器。不管是在歐美 ,日本 ,或新興國家 ,硅控調(diào)光器事實(shí)上都不普及。據(jù)統(tǒng)計(jì),全美國包括家庭、商店、工廠與辦公室,全部加起來約有七十億燈管和燈泡。平均每個(gè)人備有28 顆燈泡。但是裝有調(diào)光器者,不到 1%。照明大廠對硅控調(diào)光器前景不看好的幾個(gè)實(shí)例就是上述philips 、 sharp 推出的遙控調(diào)光器。但是不管硅控調(diào)光器或是遙控調(diào)光器,整個(gè)照明產(chǎn)業(yè) ,顯然沒有共識(shí)?；蛘呤钦f ,當(dāng)消費(fèi)者不能接受昂貴的調(diào)光方案,而品牌廠商只有興趣生產(chǎn)高利潤的遙控調(diào)光器時(shí) ,調(diào)光節(jié)能環(huán)保的美意就無疾而終了。所以就如前述,我們

10、現(xiàn)在處于3g、4g 世代的電子業(yè)對一個(gè)簡單的調(diào)光功能卻束手無策 ,實(shí)在很諷刺。事實(shí)上,無法提供調(diào)光功能,是照明業(yè)者長久以來的一個(gè)窘境。led 照明業(yè)者 ,必須果斷地突破這個(gè)僵局。更佳者 ,若能開創(chuàng)出一種接近零成本,不需要改變接線,不需要遙控調(diào)光器,又能維持高效率與高功因,又能立即被普遍采用的調(diào)光方式 ,就能讓led 照明更可以和省電燈泡競爭。調(diào)光功能的突破,對整個(gè)led照明產(chǎn)業(yè) ,是一個(gè)非常重要的關(guān)鍵。5.四段調(diào)光在照明這種傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),最可行的標(biāo)準(zhǔn),就是原來的標(biāo)準(zhǔn)。最容易的方案,就是不需改變現(xiàn)狀。led照 明 產(chǎn) 業(yè) 是 一 種 漸 進(jìn) 演 變 , 不 能 改 變 現(xiàn) 有 照 明 系 統(tǒng) 的 基

11、 礎(chǔ) 建 設(shè)(infra-structure)。不管是燈具造型(par38,par30,a19,mr16,t8,t12),燈具接頭(e27,e26,e17,g13fort8,t12),都很難再改變。 到目前為止 ,比較成功的led 照明的產(chǎn)品 ,都是造型和使用方式與傳統(tǒng)的燈泡和燈管很類似。日系led 照明廠在造型方面通常比較會(huì)沿用傳統(tǒng)風(fēng)格。比起造型怪異的省電燈泡,古典造型的led 燈泡自然會(huì)更受到消費(fèi)者的喜愛。我們可以推測,最可行的調(diào)光方式,就是不制定新標(biāo)準(zhǔn),不改變現(xiàn)況 ,不需要改變接線,不增加任何調(diào)光器,就能達(dá)到調(diào)光功能的一種方案。在這樣的條件之下,我們直覺想到可以利用的,就只有在最基本的w

12、allswitch上動(dòng)腦筋了。四段調(diào)光 -在臺(tái)灣大部分家庭的客廳,都裝有可切換燈泡數(shù)目的控制裝置。其原理是有一塊控制板,裝在客廳吊燈上方。當(dāng)墻壁開關(guān)切換數(shù)次,控制板就透過幾個(gè)繼電器(relay) 來改變點(diǎn)亮燈泡的數(shù)目。但是四段調(diào)光器必須外接線路板,而且是改變點(diǎn)燈的數(shù)目。如何把四段調(diào)光做進(jìn)單一燈泡之內(nèi) ,的確需要?jiǎng)?chuàng)意。以往有使用mcu 來偵測墻壁開關(guān)切換次數(shù),并改變螢光燈電子安定器的輸出功率,但是線路板元件相當(dāng)多,成本也不低。6.ezdimming把調(diào)光功能內(nèi)建在一顆msop-10的 led 驅(qū)動(dòng)器之內(nèi) ,沒有任何其他外接零件的需要。同時(shí)在各段調(diào)光準(zhǔn)位時(shí),都能維持高效率與高功因。因?yàn)?ezdim

13、ming結(jié)合了正弦降壓線路 (sinusoidalbuck),或正弦正激線路(sinusoidalforward)的專利驅(qū)動(dòng)技術(shù),所以能輕易達(dá)到這種高功因、高效率、線路最小、成本最低的調(diào)光方案。ezdimming偵測 wallswitch切換次數(shù) ,來改變調(diào)光準(zhǔn)位。自全亮開始 ,循序降到六分亮,四分亮 ,二分亮。并且在任何調(diào)光階段,都維持高于0.90 的功因、高于80% 的效率。切換柔和 ,完全沒有突波電流或噪音的現(xiàn)象。線路精簡 ,幾乎是零增加硬體成本。比較其他各式現(xiàn)有的調(diào)光方案,ezdimming不只是賦有超越性的功能優(yōu)勢,而且不需要改變接線或任何硬體設(shè)備,裝置成本最低。只要將傳統(tǒng)的燈泡、日

14、光燈管或者省電燈泡拆卸下來,再裝上一顆配有ezdimming的 led 燈泡或燈管 ,立即可以將一個(gè)原先毫無調(diào)光功能的照明器具或系統(tǒng),改成一個(gè)具有調(diào)光功能、節(jié)能環(huán)保的照明系統(tǒng)。圖一 gm6182 高功因、高效率、具有ezdimming功能的 led 驅(qū)動(dòng)器圖二 ezdimming四段調(diào)光的準(zhǔn)位說明 :左側(cè) a 燈進(jìn)行四段調(diào)光,右側(cè) b 燈維持全亮度左上 :a 燈全亮右上 :a 燈 60% 亮右下 :a 燈 40% 亮左下 :a 燈 20% 亮表三、 ezdimming四段調(diào)光準(zhǔn)位的功因照明消耗發(fā)電系統(tǒng)的20% 電力。近年來,世界各國相繼立法,欲淘汰低效率的白熾燈。省電燈泡雖然價(jià)格低廉,發(fā)光效率也很高,但是其含汞及使用大量玻璃,很不符合環(huán)保宗旨。 led 照明具有比省電燈泡更環(huán)保、不放射紫外線等優(yōu)點(diǎn),但是目前價(jià)格偏高。所以led 照明需要提供一個(gè)省電燈泡所欠缺的調(diào)