浅析LED灯具新型智能调光技术

黄荣丰

（广州市雅江光电设备有限公司，广东 广州 510880）

浅析LED灯具新型智能调光技术

黄荣丰

（广州市雅江光电设备有限公司，广东 广州 510880）

介绍一种LED灯具新型智能调光技术，它结合了可控硅调光与PWM数字调光两种调光方式，可自动识别并智能切换，为剧场改造和灯具更新换代降低了成本。

调光技术；LED灯具；可控硅调光；PWM数字调光

1 概述

调光是舞台灯光变化的最基本手段。目前，最常用的舞台灯光电调光技术主要有两种：可控硅（晶闸管）调光和PWM（脉宽调制）数字调光。

可控硅调光，是一种适应于传统的白炽光源的调光技术。因白炽光源为纯阻性器件，其发光机理使得它有一定的热惯性。利用可控硅的斩波技术，通过调整电压，能顺利实现白炽光源的调光。灯光在调光过程中非常平稳，无闪烁跳变。

PWM技术，是利用微处理器的数字输出来对恒流驱动电路进行控制的一种应用广泛的技术。基于LED光源的高响应速度，及可以适应10 MHz～100 MHz高频控制的特性，使得其比较适合采用PWM技术进行数字调光。由于LED光源的电气特性需要恒压条件的恒流驱动器才能工作，所以不适合用可控硅直接控制。

与白炽光源相比，LED光源有着多方面的优势，在节能、发光效率、寿命、速度和安全等方面尤为突出。后者取代前者是必然的发展趋势。然而，现在诸多舞台演出场所配备了可控硅调光器系统。LED灯具如不能较好地兼容可控硅调光控制，要进入此类场所取代白炽灯具就存在较大障碍。因此，LED灯具兼容可控硅调光是我们要克服的一大难题。

广州市雅江光电设备有限公司（“雅江”）一直致力于研究LED光源在舞台灯光领域的应用。经过多年深入探索，终于成功自主研发了创新性的新型智能调光技术，使LED灯具适用于两种环境下，使PWM数字信号和可控硅控制二者有机结合。“雅江”相应产品已全球首发。此种LED灯具可以完全兼容两种控制信号，集两种控制接口于一身。本文就此项LED新型智能调光技术做简单的介绍与分析。

2 发光原理

首先，简单分析一下白炽光源和LED光源的发光原理。

2.1 白炽光源发光原理

白炽光源是将灯丝通电加热到白炽状态，通过热辐射发出可见光的光源。在电路系统中灯丝作为发热电阻。通电后，灯丝加热至白炽状态，温度高达3 000 ℃，炽热的灯丝产生光辐射。简单地说，是将电能转化为热能，再将热能转化为光能。这种光源发光效率很低，基本上都是转化为热能耗。

2.2 LED光源发光原理

LED是一个半导体的晶片，晶片附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位；另一部分是N型半导体，这里面主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于此晶片时，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，由此直接将电能转化为光能（见图1）。

由上可知，两种光源的发光原理截然不同，接下来再看两者的调光方式差异。

3 调光方式

光的渐明渐暗是舞台灯光的最基本变化之一。

任何调光都要做到0～100%的调光过程平稳渐变，在调光过程当中，不能有闪烁和抖动的现象（调光方式对比见图2）。

3.1 LED灯具PWM数字调光原理

LED光源是一个二极管，它可以实现快速开关。它的开关速度可以高达微秒级以上，是任何发光器件所无法比拟的。因此，采用PWM数字调光法，只要把电源改成脉冲恒流源，改变脉冲宽度，就可以改变其亮度（见图3）。改变恒流源脉冲的占空比就可以改变LED的亮度。

图1 LED光源发光原理

图2 两种调光方式示意图

图3 PWM数字调光

3.2 白炽灯具可控硅调光原理

利用可控硅的斩波技术调整电压，因白炽光源为纯阻性负载，意味着它的电流波形和电压波形是一致的。当采用可控硅来调光时，输入电压波形因可控硅导通角度变化而偏离正弦波，也就是改变输入电压的有效值，就可以实现调光的目的。

在使用可控硅调光电路对白炽光源灯具调光时，可控硅输出是交流斩波电压，由于白炽光源的热惯性，人眼根本看不出闪烁。而当可控硅调光电路与LED驱动电路配套使用时，会产生音频噪声和闪烁，这往往是不可接受的。

4 LED灯具新型智能调光技术

4.1 技术特点

（1）此项技术可直接使用可控硅调光；

（2）此项技术可直接采用DMX 512国际标准协议，进行PWM数字调光；

（3）可控硅调光/PWM数字调光自动识别并可智能切换；

（4）调光性能可媲美传统灯具调光。

4.2 应用方法

LED灯具应用分三种情形：直接使用可控硅箱进行调光（见图4）；直接使用DMX 512信号进行PWM数字调光（见图5）；由电源管理系统自动识别并且智能切换硅箱调光与PWM数字调光（见图6）。

小结

随着灯光技术的飞速发展，市场的需求不断提高，加之人们节能意识的加强，灯光系统的功能也日益趋向智能化。LED灯具新型智能调光技术是适应舞台灯光发展的一种新技术，它结合了可控硅调光与PWM数字调光两种调光方式，使用方便。它的推出，必定能为用户在灯具发展更新换代过程中降低成本，使LED灯具的应用不再受调光控制系统的限制，也使LED舞台灯具的适应性和生命力更强。

图4 可控硅调光

图5 PWM数字调光

图6 智能切换

（编辑 张冠华）

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