入门实战：调光器的原理与各种灯具的调光方式

资料提供施镇乾（）

本文节录自施镇乾编著之【智能家居Z-Wave入门实战】

调光器属于电力设备，根据用户要求提供不间断之调光功能。市场上有多种电灯，但却没有一种调光器可以调节所有类型的电灯。

电灯有以下多种类型：

传统的、汤马士爱迪生（ThomasEdison）发明的白炽灯

高压卤素灯，运用230V交流电

低压卤素灯，运用24V电源；有两种方法将230V降压到24V：（a）使用简单的变压器，或（b）使用电子开关电源。

萤光灯/日光灯（FluorescentLight），而节能管（CFL,CompactFluorescentLamp）是萤光灯的一个特殊类型。

基于发光二极管（LightEmittingDiode）原理的LED灯。

前缘相位控制（Leading-edgePhaseControl）

传统灯的调光皆运用前前缘相位控制技术，技术上表示电压供应之正弦波的一段变动部分被切除，导致能源供应量减小而灯的亮度降低，图1展示一个正玄波于100%满载，及于正玄波被切除一半时之50%负载。这例子里使用了一个叫可控硅（Triac）的器件来提供这功能。

图1使用前前缘相位控制调光的电压示意图

图2前缘相位控制的概要线路图

在前缘相位控制的作用下，电压正玄波于经过0V电压水平时会将电压维持于0V不变，经过设定的时间后，可控硅被点燃并将电压恢复回正玄波的正确波形线，给电灯供压。可控硅的特性是，当电压正玄波经过0V电压水平时，截断电流，而必须于每个正玄波周期内被点燃，电压才能恢复正玄波形态。

前缘相位控制于白炽灯及高压卤素灯上运作良好，但不适合低压卤素灯、萤光灯及LED灯，甚至会引致损坏。

图3于电感性负载上因电流位移而引致的不对称（unbalanced）波形

应用在电感性负载的前缘相位控制

由于低压卤素灯之变压器本身是个电感性负载（inductiveload）。若负载的交流电流落后于交流电压，该负载便属于电感性负载，亦称为滞后性负载（laggingload），亦表示当电压为0时，电流仍不是0。

这现象对传统的可控硅前缘相位控制调光器会引起很大的问题。当电流为0时，可控硅将电流截断（而不是当电压为0时），结果是最终产生的正值和负值波形不对称，如图3所示，这不对称相当于输出中带有直流电成分，可以损坏作为负载之一的变压器。

对传统变压器卤素灯做调光，必须运用一个电子装备来保证可控硅能在适当时候开关，这种设计的调光器仍可用于传统阻性负载（resistiveload），也能用于电感性负载（inductiveload）及轻微的无功负载（reactiveload）。

后缘相位控制调光器（Trailing-edgePhaseControl）

一般的电子电源（火牛）都属于电容性负载（capacitiveload），其容抗（capacitivereactance）比感抗（inductivereactance）大，因此这类负载会产生领先性电流（leadingcurrent），调光必须使用后缘相位控制调光器。

后缘相位控制调光器切除正玄波的尾部，如图4所示，由于可控硅无法提供这种性能，因此必须使用高压金属氧化半导场效电晶体（MOSFET，MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor），图5展示了这种调光器的线路图。

图4后缘相位控制调光器的电压效果

图5使用后缘相位控制调光器的线路图

万用调光器（UniversalDimmer）

在运用“边沿”相位控制调光技术时，前沿类可作用于电感性负载（inductiveload）而后沿类可作用于电容性负载（capacitiveload）；但若不小心混乱了负载类型，调光器会破坏负载，或者调光器被烧掉。

解决方案是万用调光器。

万用调光器首先会侦测负载是属于容性或感性负载，从而选择前沿或后缘相位控制。为确保侦测结果是正确的，用户必须肯定电源开动时只有一个负载被接上，而且必须了解负载改变时会产生问题。不过，万用调光器最大的挑战还是其价格比一般调光器高很多。

萤光灯/日光灯（FluorescentLamps）

传统萤光灯是不可调光的，不过还是有些特别设计的变压器可以将萤光灯调光，这些变压器是被集成到灯的插座部分，而萤光灯简单地被称为可调光萤光灯及其价格颇高。

一般萤光灯的调光，可运用后缘相位控制调光器或万用调光器。新一代萤光灯的厂家聪明地给萤光灯之无功负荷（reactiveload）予以补偿调整，让一般的前缘相位控制调光器都可以对萤光灯作出调光。

LED灯

LED灯之调光效果可以是非常好的，但是就调光器技术而言，前沿及后沿相控技术皆不适宜。有一种脉冲宽度调制（PWM，pulsewidthmodulation）技术是适合于LED灯调光器的，因此选购LED灯调光器时市面上一般的调光器是不合适的。

目前也有欧洲品牌推出能兼容普通前沿相控调光器的LED“灯泡”，能直接替代传统白炽灯泡，购买时可以注意。

调光器的总结

表1提供了不同类型之调光器的总览，及不同类型可调灯的资料

相位（Phase）前沿前沿(支援感性负载)后沿万用白炽灯可以可以可以可以高压卤素灯可以可以可以可以低压卤素灯（带变压器）不可以可以
可以低压卤素灯（带开关电源）不可以不可以可以可以可调萤光灯不可以可以不可以可以普通LED灯不可以不可以不可以不可以可调光LED灯泡可以可以
可以

表1不同类型之调光器的总览