Driving Quality of Light
- DIGITIMES企划
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对LED照明产业而言，2012年LED照明相关业者最关注的焦点，不外乎LED照明应用的成本、品质与知识产权等问题，在成本与知识产权方面，均有明确的改善与处理方针，但唯独在「品质」的问题，不只影响终端应用的市场竞争力，在开发与生产段也较难量化评估...
LED照明光源，毕竟是全新的照明技术，有别于传统白炽灯、CCFL萤光管灯发光原理，LED产生照明的方式完全不同，在驱动的技术与进阶应用方法也有相当程度的不同，即便同为由电能转换为光能的应用型态，但实际上却在驱动设计、电源电路设计都无法直接沿用旧灯具设计，必须针对LED元件特性进行最佳化调校。
尤其是LED照明光源属于新颖的半导体固态光源，发光原理与驱动电路设计，完全与原有的白炽灯、CFL管灯设计方案不同，原有白炽灯较不会被注意的闪烁问题，在LED照明灯具追加调光驱动设计方案，就必须被改善的重点问题。
另原有在CFL管灯设计方案，驱动采取的交换式电源设计方案，早期多数业者与使用者，大多也不会刻意要求转换效率，但在LED设计方案中，由于LED采取驱动方式不同，使用AC/DC、DC/DC转换方案就很容易凸显能源转换效率问题，这些种种的问题，在传统灯具问题不大，反而在LED设计方案中，持续追求高流明输出、高效率驱动设计方向时，时时考验驱动电路设计方案。
提升LED照明应用的 User Experience
对于光源应用的品质，往往是由人们的使用者体验(User Experience)来决定，不只是每个人对于视觉观感的「品质」评定较无法找到一致性的评估标准，使用经验的评估更没有一个可参考的基准，即便是LED产品的CRI量化数据，都太过偏向元件本身的性能评估基准，很难等同于使用者的实际体验效果。
但提升品质前，仍要先确认「品质」的定义，在LED照明光源方面，品质的关键应以「稳定」为主，LED照明的稳定光源输出，是LED照明应用的关键问题核心，一般所说的LED照明应用好坏，在稳定性的要求多是以观察灯具实际使用的光输出稳定性、是否会闪烁(flicker)为主，尤其以需出口欧、美国家的LED照明灯具，为了达到更具效率的能耗表现，相关产品大多已要求要提供可调光设计，而LED照明设计若加上调光机制，若驱动电路设计没有做好，对于LED照明光源的闪烁现象只会出现加剧的问题。
解决闪烁问题 为LED照明品质提升首要关键
先了解LED照明光源「闪烁」的原因，一般而言，LED照明光源元件为电流驱动的器件，在追加了调光设计后，若调光电路设计不良，或是负载没有控制好，LED元件就容易出现输出电流浮动，造成实际输出的亮度出现闪烁。
多数的设计方案，只要看到产品输出发生闪烁问题，大多都会将问题矛头指向电源驱动电路设计方案，多数闪烁问题最终都会归咎在驱动电路设计，而驱动的电源供应设计，不只是输出浮动、闪烁问题需要解决，还有电源电路关键元器件的Life Time选料问题，此外，最终产品的安全规范、EMI等设计问题，也必须在调光与驱动电路上，花更多心思确认相关设计。
LED驱动的输出闪烁问题，其实并无法完全根绝闪烁，而是闪烁发生的状况的明显程度、是不是会让人眼明显察觉！不管是旧式白炽灯或是新颖的LED照明光源，都会有闪烁现象，只是闪烁的频率、闪烁方式会不会影响用户体验，例如，若是用于花圃、户外的LED节能照明，即便照明设施出现些微闪烁，消费者也不会在意，但使用场景若转换到书房、客厅的环境照明，当发生灯具闪烁，在有限空间的室内就相当容易察觉，影响使用者的照明体验。
加上白炽灯原有的驱动与调光设计，基本上无法直接转换用至LED光源产品，即便两种光源均为采电力驱动发光，但实际上驱动的设计方案却有明显不同，而LED照明光源在多灯串接的状况下，也容易因为负载变化而使得负载波动增大，加剧闪烁问题，这些都必须在电源转换与驱动电路进行改善，关键的LED照明输出稳定问题，都环绕在电源设计方案上！
驱动电路输出稳定设计 需视实际应用进行调整
一般来说，AC/DC或无电源转换驱动之LED照明应用，是不是120Hz应用下一定会有闪烁？其实并不见得，而LED光源闪烁的问题需关注两个重点情境，一是产生灯具(或LED)闪烁的频率、闪烁幅度？二是该LED照明灯具是针对何种应用场合设计。例如，针对路灯或建筑外观装饰照明的灯具若发生微量闪烁，基本上大多可以忽略不计，但若搭配近端的Office应用，肯定消费者将很容易察觉略微的视觉变化，影响其对LED照明产品的信赖度。
另外，将驱动电源设计采100Hz就不会产生闪烁？其实也不见得，因为仍要观察驱动电源电路之稳定度，若设计用料与质量不佳，也会因为不同运行时间的环境温度累加，造成驱动输出不稳定、出现输出闪烁问题。
其实，人眼的视觉感受十分敏感，据实验室的相关研究发现，在LED驱动电流仅10mA上下震荡条件下，于3Hz、5Hz都能马上被人眼发现闪烁，而在20Hz就没有这麽快被察觉。解决LED照明闪烁问题，其实并不能100%根治，务实的作法只能减少其影响，或是抑制闪烁直到小至人眼无法察觉，但较大的问题是LED照明业界并无针对闪烁的参考标准(flicker Index)，正因为flicker没有一定标准，也让LED业界有心想改善此问题也无所适从，但可喜的是IEEE已经着手进行相关标准定义，未来也将有据可循。
另一个大问题是LED的调光电路设计，因为若产品有计划输出欧、美市场，由于欧、美市场大多要求需具备可调光之节能设计，务求LED照明光源能提升更高的节约能源表现，虽说调光设计在白炽灯年代即发展成熟，实际上却不能将相关电路用于LED全新照明光源元件上。另一方面，调光电路还必须兼顾能效、寿命与制作成本，若无法达到一个均衡的设计方案，也会让LED照明产品的市场竞争力降低。
驱动电路设计需兼顾能效、寿命与成本要求
另外，LED照明光源的调光电路，为由矽芯片架构，这在衔接LED光源产品上就会出现问题，因为碍于成本，若要达到有效调光、高使用效益，必须采多灯调光设计方案，但以矽芯片为基础的调光电路，若在外部负载产生变化时，也会相应产生输出效能变化，甚至导致灯具出现恼人的闪烁，在选择相关电源解决方案前，必须进行审慎评估。
另调光器的设置环境也会影响最终输出的稳定性，例如，若调光器接于住户配电盘之后，若同一套电路供应回路还有另一套调光器，这会导致电路供电产生些微差距，影响输出的电流浮动。而不同电源解决方案，若要混用，可能也会出现不兼容问题，在选相关方案前也须进行交叉测试，避免问题发生。
而多灯调光器的设计方案，还必须注意，LED光源器件还须要求驱动每盏灯供应电流的一致性，因为若是多灯的控制应用上，若是局部灯具的输出位准飘移，会让多灯不规则闪烁的问题更加凸显，反而让整个照明应用方案的设计缺失更为明显，这时做好恒流驱动的稳定性与输出效能，就成为选择解决方案的关键。
对于开发商而言，也可善用现成的解决方案，来进行驱动电路的产品设计，加速产品化的开发时程，尤其是现有针对LED固态光源照明应用的电源解决方案，已经针对LED这类负载进行最佳化，不仅在转换效率可达到一定程度的改善，搭配电源电路为模块化设计，可针对应用需求扩充设计容量，轻松满足各式LED固态光源灯具的驱动需求。
