LED調光技術：您必須知道的事項

為何要調暗LED光源？

調暗LED光源除咗基本氛圍調節之外，仲有多重好處：

• 額外慳電效果 超越單純轉用LED技術所達到嘅節能效果
• 提升視覺任務執行效能 按特定需要調節光線水平
• 營造更佳氛圍 及空間靈活性
• 較少光源 指定、維護同儲存
• Demand response load shedding 功能
• 潛在提升效能同使用壽命 光源嘅

調光挑戰

儘管有好處，但為LED光源進行調光仍帶來多項重大挑戰：

• 差異極大 關於LED光源同調光器特性
• 好少嘢可以假定 基於傳統白熾燈照明嘅做法
• 並非所有聲稱都同等可信 由於缺乏標準測試程序
• 難以預測 未經實際測試的表現
• 電路層級互動 LED驅動器與調光器之間產生兼容性問題

LED調光基礎

理解這些基礎概念對於成功實施LED調光至關重要：

LED 與白熾光源比較

LED Drivers

LED需要驅動器來：

• 將交流電壓轉換為穩壓直流電流
• 補償LED正向電壓（Vf）的製造差異
• 實現調光功能(CCR或PWM)
• 保護LED免於過流及過溫狀況

調光技術

報告將調光技術歸納為兩種主要方式：

1. Coincident AC Power and Control Signal

• 切相交流正弦波 (正向或反向相位)
  • 雙線式（火線、調光火線）
  • 三線（火線、調光火線、中線）
• Reduced amplitude AC sine-wave

獨立交流電源與控制信號

• Fluorescent 3-Wire
• 0-10V
• DALI （數碼可尋址照明介面）
• DMX512
• PWM (脈衝寬度調變)

調光方法

LED可透過兩種主要方法進行調光，每種方法皆具獨特特性：

恆流減降 (CCR/Analog)

• 方法： 保持LED常亮同時調節LED電流
• 優點：
  • 更長嘅LED壽命（更低電流同溫度）
  • 唔會產生噪音
  • 喺較低調光水平下可能會有更高效能
  • 唔會產生閃爍
• 缺點：
  • 可能出現明顯色偏
  • 深度調光時較難調控

Pulse Width Modulation (PWM)

• 方法： 保持相同LED電流但改變開關時間
• 優點：
  • LED壽命更長（開啓時間更短，溫度更低）
  • 深度調光水平下仍能保持良好調光調節
  • 無色偏
• 缺點：
  • 潛在噪音產生
  • PWM頻率對於避免不良閃爍至關重要
  • 最低調光級別限制

閃爍問題

閃爍指嘅係光輸出（光通量）隨時間變化（調制）嘅現象。雖然所有使用交流電嘅傳統商業光源都存在呢個問題，但喺LED光源上可能會更加明顯。

邊個會關注閃爍問題？

• 任何對光線調制敏感嘅人
• 負責電氣照明空間內人類健康、福祉及/或表現嘅相關人員
• 高危群組：
  • 光敏性癲癇患者（每4000人中便有1例）
  • 偏頭痛患者
  • 後生仔女
  • Autistic individuals

Flicker Metrics

• 閃爍百分比： (最大值-最小值)/(最大值+最小值) × 100%
• 閃爍指數： 高於平均值面積 / 總面積

報告中的測試結果顯示，在不同調光級別和設備組合下，閃爍百分比介乎7.5%至16.3%，閃爍指數則在0.02至0.06之間。

電能質量

調暗LED光源可能會改變驅動器的運作方式，從而影響電能質量：

甚麼是電能質量？

電能質量指電壓和電流波形嘅偏移同失真，量度指標包括：

• Power Factor (PF): 以功率因數 PF = P/S 表示有功功率 (P) 與視在功率 (S) 之關係
• 總諧波失真 (THD):
  • THD-V (voltage)
  • THD-I (電流)

邊個關心電力質素？

• 電力生產者同消費者：
  • 電流要求增加
  • 電力傳輸（I²R）損耗
  • 電線、斷路器、變壓器尺寸計算
  • 可能導致設備損壞或性能下降
• 照明設備製造商：
  • ANSI C82.77-2002 自願性要求
  • 系統設計權衡
  • 成本同尺寸限制

切相調光

Phase-cut dimming is the most commonly deployed dimming technology, with a large installed base in the U.S. (NEMA estimates >150 million units).

相位切換 vs 正弦波調光

• 相位切換： 截斷交流正弦波嘅部分
  • 正向相位（前沿）
  • 反向相位（後沿）
• 正弦波： 降低整體正弦波振幅

專為白熾燈光源設計

相位切角調光器最初係為白熾燈源而設計，呢類燈源：

• 表現就好似簡單嘅電阻性負載
• 實際上只會對Vrms數值有反應
• 具雙向性（適用於正負電壓）
• 具熱持續性（電流停止後仍持續發光）

兼容性問題

報告指出LED光源採用相位切換調光時可能出現多種兼容性問題：

• 無效行程： 調校調光器設定但光度無相應變化
• 突亮： 開啟時需將調光器設定調高至現有設定以上方能獲得光源輸出
• Drop-out: 調光範圍底部無光輸出
• Popcorn: 調光電路上不同光源嘅啟動時間不一致
• 閃爍： 光源在應關閉時斷續亮起
• 殘影： 光源在應關閉時處於低亮度狀態
• 可聞噪音 源自調光器或LED驅動器
• 無法操作 或過早失效

相容性問題來源

• LED負載無法量度調光器輸出嘅Vrms及/或導通角
• LED負載未能汲取足夠電流維持調光器開關元件閉合
• LED負載產生串聯阻抗干擾調光器計時元件
• LED負載處於關閉狀態時，未能以維持進階功能運作嘅方式傳遞調光器電流
• LED負載汲取嘅電流產生嘅應力超出調光器額定瓦數標示

建議方案

本報告就成功實施LED調光提供多項建議：

了解您的選擇

• 判斷LED產品係燈膽定係燈具
  • 燈膽： 通常採用標準燈頭改裝，僅支援相位控制
  • 燈具： 通常具備可產生多種控制選項的驅動器配置
• 考慮採用交流電源與控制信號分離的控制技術
• 如有可能，請使用帶中性線嘅相位控制調光器
• 考慮選用專為LED光源設計嘅調光控制裝置

善用現有資訊

• 研究LED光源嘅設計標稱調光性能
• 參考建議嘅調光控制選擇指引
• 留意特定品牌/型號嘅建議
• 注意調光器負載要求（每個控制器最多/最少可接LED光源數量）

問啱問題

• 咩係調光傳遞函數？
• LED驅動器係用CCR定PWM？
• PWM調光頻率係咩？
• 調光性能會唔會因輸入電壓唔同而有差異？
• 有冇對LED光源喺調光範圍內嘅閃爍同電源質量進行評估？
• 調光器需唔需要中性線或微調設定？

權衡利弊

• 應用程式需要與想要
  • 閃爍問題有幾重要？
  • 電力品質有幾重要？
• 選項一：只使用具明確定義兼容性嘅LED光源同相位切換調光器
• 選項二：用所有預定組件搭建模擬安裝

Analyze Risk

• 兼容性問題的常見「解決」方案：
  • 更換LED光源、驅動器或調光控制器
  • 加裝白熾燈或虛擬負載
  • 加裝中性線
• 產品一旦安裝後往往難以妥善處理
• 喺訂購同安裝產品之前就要制定好計劃