調光型LED路燈的原理和應用

李光榮

（無錫市照明工程有限公司，江蘇無錫214000）

調光型LED路燈的原理和應用

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照明的發展情況，介紹了城市道路照明工程的特點以及LED采用調光節能的優勢，詳細介紹了AC切相調光和0-10VDC信號調光兩種常見的調光方式。介紹了這兩種調光方式采用的LED驅動電源的原理、特性、詳細的技術參數以及簡單的控制電路圖，最后總結了兩種調光方式各自的優缺點。

LED路燈；調光；道路照明

0 引 言

近年來，隨著LED照明技術逐漸成熟，各類LED照明產品如雨后春筍，大量地進入市場，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，更談不上節約電能，而且當時的LED驅動電源技術還不成熟，驅動電源的壽命一般在1～2年左右，當時的LED路燈“不節能不節錢”。但是經過了5年的發展，LED照明技術日益成熟，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驅動電源壽命普遍在5年以上。氣體放電燈由于其發光原理的限制，光效已經到達了瓶頸，很難再有明顯的提高。LED作為新一代的照明光源，潛力無限，再經過幾年的發展，光效將達到一個新的高度。

1 智能調光照明背景

雖說目前LED路燈的光效已經高于氣體放電燈，但是想要進一步節能，只有采用LED調光技術。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，不僅沒有實際的照明價值，而且浪費電能。若到了后半夜讓LED路燈的亮度降低，從而降低功率，節約電能，這樣既滿足了人們出行的要求，又節約能源。

目前，在所有的人造光源中，LED是最適合采用調光技術節能的光源。寬廣的動態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現0～100%的調光，而氣體放電燈由于其發光原理的特點，60%的調光已是其極限值。LED路燈輸出功率減小時，其光效不會隨之減小，這些優良的調光特性是其他人造光源不具備的。

2 LED路燈調光方案

LED路燈若想實現降功率調光，必須采用可調光的LED驅動電源。目前，可調光的LED驅動電源一般分為兩種：一種為AC切相調光，另一種為0－10VDC信號控制調光。

2.1 AC切相調光

AC切相調光即通過調節LED驅動電源的輸入電壓，使輸出電壓或電流隨著輸入電壓的變化而變化。驅動電源如圖1所示。

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

AC切相調光LED驅動電源的內部原理（圖2）。

圖1 驅動電源外形圖

圖2 調光電源原理圖

LED驅動電源的詳細參數如下所示。

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切相調光系統的電路圖如圖3所示。

圖3 AC切相調光系統電路圖

如圖3所示，當PLC控制器發出控制信號給可控硅調功器時，調功器改變輸出電壓，從而降低LED路燈線路的供電電壓，LED路燈通過AC切相LED驅動電源改變LED路燈的功率，降低其亮度，以達到節能目的。

這種LED路燈調光方式的優點在于施工簡單，不需要額外敷設電纜線路，工程造價相對較低。但這種方式也存在兩個缺點，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光的LED路燈負荷，還接入了其他氣體放電燈的負荷，則會造成氣體放電燈不能正常工作，所以這種調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信號控制調光

0-10VDC信號控制調光即LED驅動電源上引出兩根信號控制線，當信號控制線上輸入0～10 V的電壓信號時，LED驅動電源根據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，其外觀上和普通驅動電源的區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調光型LED驅動電源，不僅可以采用0～10 V的控制信號，也可以用10 V PWM或者電阻進行調光。以0-10VDC調光信號為例，調光曲線如圖5所示。

圖4 信號控制調光器外形圖

圖5 調光曲線圖

LED驅動電源的詳細參數如下所示。

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℃。

信號控制調光系統的電路圖如圖6所示。

如圖6所示，當PLC控制器輸出0～10 VDC或10 V PWM信號到LED驅動電源的信號控制端，LED驅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。

這種調光方式相對于AC切相調光更加穩定，強弱電隔離，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，不影響其他照明負荷的接入。其缺點在于需要額外敷設兩根信號控制線，工程造價略高。

圖6 信號控制調光系統電路示意圖

3 小 結

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光方式進一步節約電能。我們可根據具體的照明工程，具體的道路交通情況，靈活地設定調光的方式和時間。例如：一些城市的偏遠道路，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%左右的功率運行，而在一些城區的主要道路上，后半夜時也可適當降低功率，這樣既保證了人們出行的基本要求，又節約了電能。

在能源危機形勢日益嚴峻，環境質量不容樂觀的今天，大力倡導節約型、智能型的城市道路照明工程應是每一位照明工程建設者的責任。

［1］李鐵楠.城市道路照明設計［M］.機械工業出版社，2006

［2］劉介才.工廠供電.機械工業出版社［M］，2009

［3］沈鴻.電機工程手冊［M］.6卷.機械工業出版社，1986

［4］周志敏周紀嗨.LED驅動電路設計與應用［M］.人民郵電出版社，2006

［5］唐向宏.MATLAB及在電子信息課程中的應用［M］.電子工業出版社，2006

［6］楊恒.LED照明驅動電路設計與實例精選［M］.中國電力出版社，2008

［7］北京電光源研究所，北京照明學會.電光源實用手冊［M］.中國物資出版社，2005

［8］胡宴如，耿蘇燕.模擬電子技術［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與管理工作。