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調光器接LED燈為何會閃? 各種調光燈一次搞懂4
https://www.varilumi.com/ 飛利明LED燈
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多段式、無段式,怎麼壁切調光?
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瞭解各種調光燈,選個適合自己的吧!
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調光器接LED燈閃爍狀況
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調光器起源及原理
最初的鎢絲燈泡並未具備調光功能,但對於調光的需求激發了工程師設計出旋鈕式調光器,其內部主要元件為TRIAC,一種可控制雙向導通的半導體開關。

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TRIAC透過一個閘極(Gate)控制導通,以觸發交流電導通的相位,其中包括弦波正相位(0-180度)和負相位(0-180度)。這種調光器的工作原理是,當TRIAC導通的相位越多時,鎢絲燈獲得的能量就越多,燈泡就會顯得較亮。相反,當TRIAC導通的相位越少時,鎢絲燈獲得的能量就越少,燈泡就會顯得較暗。這種最原始的控制方式,允許通過旋轉調光器上的旋鈕來調整鎢絲燈的亮度,滿足了人們對於燈光強度可調的需求。

TRIAC 維持電流的問題: 當TRIAC導通後,單火線的相位控制電路,觸發後無法持續提供閘極(Gate)高準位,因此,負載必須具有一個讓TRIAC導通的維持電流,否則TRIAC將在未達180相位就會無預期的截止而造成閃爍現象。鎢絲燈很耗電,維持電流穩定不會有問題,但LED燈就完全不行了,而這正是搭配調光器造成各種問題的重要根源之一。

注意調光器相容性
LED燈盡量考慮其他較新的調光方式,若不得已要維持TRIAC調光,一定要事先確保其相容性(不定時閃爍、調不暗、熄燈...等),以免可能出現後續的機率性問題。

調光、調色定義
調光: 指的是調線的明暗程度,而色溫保持固定不變。簡而言之,只要可調整兩種或更多的亮度,就稱為調光。
調色: 是指調整光源的溫變化。以同一盞燈為例,調色功能使其能夠發出不同色溫的光,例如切換成白光(高色溫)或黃光(低色溫)。總結而言,只要可調整兩種或更多的色溫,就稱為調色。

以上的定義避免 "調光" 或 "調色" 許多其它混淆的名詞及模糊的解釋,確保在後續的說明中能夠保持準確並容易理解。

除了最古老的TRIAC調光無法支援調色外,其它新的調光方式都有支援調色的選擇。

調光器調光
透過TRIAC調光器來調光。不論是旋鈕式還是直拉式的設計,都是一種可變電阻。透過電阻的調整,與固定電容進行充電再經由DIAC決定觸發閥值,就能控制TRIAC閘級電壓拉起的延遲時間,進而設定TRIAC導通的相位。  
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因此,當有人提到TRIAC調光器旋鈕調光器、電阻調光器、相位調光器、可控硅調光器(大陸用語)時,都是指用於鎢絲燈的TRIAC調光器。需要強調的是,TRIAC(可控硅)是半導體元件,可變電阻是調整相位的元件,而旋鈕則是可變電阻的機構。由於命名並沒有統一標準,不同的觀點經常導致對於這種調光器名稱的混淆,而這裡,以TRIAC調光器的名稱來做說明。

另外,LED燈屬於非線性電流更小的負載,TRIAC調光器無法直接使用,為了既有TRIAC調光器能繼續使用LED燈,需要修改變壓器設計,局部模擬鎢絲燈的特性,為達到最低維持電流,需無謂消耗多餘的相位電流,避免TRIAC無預期截止而造成閃爍。同時,還需要製造出電阻性負載的特性並避免驅動MOSFET截止期間發生TRIAC截止的誤動作。這樣的修補設計充滿了各種調整,難免會面臨機率性不良的問題,引發實用上的困擾。

優點:
1.原有TRIAC調光器搭配鎢絲燈的情形下,若能直接更換鎢絲燈為LED調光燈最為方便。

2.免額外控制線,可直接裝在開關面板,取代普通開關使用

缺點:
搭配特製調光LED燈容易產生許多問題。例如,調暗時不定期閃爍或熄滅;效率差驅動器高溫、壽命短;不同型號調光器、不同燈數都有各種不良現象;...等。

電子開關調光
利用電子開關來調光(參考原理介紹文章)

傳統的TRIAC調光器僅適用於鎢絲燈,較先進的省電燈泡或LED燈泡無法有效搭配。為了解決這個問題,工程師設計出電子開關並安裝於燈具內,使多顆燈泡可以透過單一開關來控制亮燈的數量。例如,第一次開啟時亮起2顆燈,第二次開啟時亮起1顆夜燈,第三次亮起5顆燈...,以此類推。這樣的設計避開TRIAC調光器不適用的問題,並以一種間接調光的方式,提供使用者亮度控制的選擇。

優點:
在省電燈泡無法進行調光的年代,透過這樣的方式,終於能夠間接實現對亮度的調整。

缺點:
仰賴亮燈數調光的方式往往導致照明不均勻,一區亮度高而另一區則較暗。此外,電子開關的配線相對複雜,容易發生故障,這使得這種方式並非理想的調光解決方案。

開關調光燈
沿用普通開關調光。與一般不可調光LED燈相比,開關調光LED燈具或燈泡的架構並未發生變化,僅在原就該有變壓器做小幅修改,將驅動IC增添電源斷續判斷邏輯,並以此邏輯來調整亮度。例如,在某次快速關開燈的情況下,驅動IC認定符合調光的條件,從而調整LED燈的亮度。這樣的設計使得可調光LED燈能夠在不改變整體結構的前提下實現亮度的調整。
簡單調低亮度,避開刺眼情境的調光方式:

點擊了解更多: 開關調光的散光型崁燈
   

優點:
1. 與不可調光燈的變壓器電路、燈具光源相同,成本與不可調光接近。
2. 不需使用專用的調光器,沿用最普及的壁切開關。
3. 同開關迴路所有燈同步調光調色,空間亮度及色溫均勻。

4. 可支援調色功能。

缺點:

僅用普通開關做調光操作,功能上較不全面。

遙控開關調光
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每盞燈都無接收器。
一般的遙控開關,僅能控制開燈和關燈,是無法調光和調色的。然而,當遙控開關串接的是上述的開關調光燈時,將遙控器及遙控開關程式適當設計,就能實現以遙控開關的方式進行遙控調光或調色。遙控器的單鍵調光操作相對簡單,以遙控無段式調光為例:

在燈具處於亮燈狀態下,若按下開燈鍵,LED燈會進入自動掃描式漸亮的調光過程;當達到想要的亮度時,再按一次就會停止調光。這樣的操作方式與一般遙控燈上下鍵微調的操作不同,但還算直觀且方便,讓使用者能夠輕鬆調整照明效果。

優點:
1. 適合一個開關迴路控制多盞燈的場合,例如嵌燈、燈泡、燈管等。
2. 每盞燈都沒有接收器,當遙控按下關燈時即切斷電源,不耗電。
3. 在無法取得遙控器的情況下,使用壁切開關同樣能實現調光或調色功能。
4. 功能較客製化,可避免過度設計不需要的色溫和亮度。

缺點:
1. 遙控器的調光操作方式並不固定,需要時間熟悉操作。
2. 在家中已有多個遙控器的情況下,額外維護遙控器可能會帶來管理上的困擾。

遙控燈調光
每盞燈都要有接收器。遙控燈通常採用RF(射頻)及IR(紅外線)等不同的遙控方式,其中以RF的2.4GHz自訂協定的遙控器為主流。RF遙控相較於IR更具優勢,其控制方式無方向性,且功率較小約在0~6 dBm左右,同時限定在特定使用區域,易於符合NCC規範。
遙控器的介面通常包含上、下、左、右的按鍵,上、下按鍵用於調整亮度,而左、右按鍵則用於調整色溫的高低,例如:

不同品牌的遙控器在亮度和色溫的階數設計上多有差異,但其實階數夠用就好,因為較多的階數可能提供了不必要的細緻度,卻需更多次按鍵操作方能達到想要的亮度或色溫。

優點:
1. 適用於單一燈具的開關迴路,例如吸頂燈。
2. 遙控器的使用介面相對直覺,容易上手。
3. 適用於不確定色溫或亮度喜好的使用者,可隨心調整、測試及選擇。

缺點:
1. 每盞燈都需具備接收器,導致即便使用遙控器關燈後,每盞燈仍持續耗電。
2. 過多的色溫或亮度階數屬於種浪費,一般人僅習慣幾種喜好。
3. 家中的遙控器已經很多,若需要維護另外一個遙控器可能會帶來管理上的擾。

智慧調光定義:
使用智慧手機(smart phone)透過網際網路對燈光調控,具有智慧手機APP物聯網(IoT)的雙重概念。遙控器控制不能稱呼智慧或智能;單純不上網的藍芽調光,有如APP優化使用介面的遙控器,在這裡都不算智慧或智能調光。

智慧調光原理:
燈控透過WIFI訊號先接上WIFI分享器,然後再連接網際網路上的MQTT伺服器,並向伺服器發佈及訂閱控制或管理資訊;另一方面,手機APP也經由上網向同一MQTT伺服器交換上述的控制或管理資訊,如此APP可發展全面性及智慧性的功能,例如對LED燈實現遠端監控狀態、控制開關和調光調色、整合其它智慧感應器來控燈...等等。

智慧開關調光
每個燈都不需WIFI收發模組(智慧開關詳情連結)。原本智慧開關是無法調光的,只能控制開燈和關燈,但以下兩條件成立就能智慧調光了:
1. 智慧開關後面接的必須是開關調光或調色燈。
2. 智慧開關內及手機APP軟體需經過適當的設計。
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優點:
1. 在地球的任何角落,家中成員都能夠控制家裡的燈。
2. 燈不含WIFI模組,APP關燈後每盞燈都不耗電。
3. 手機APP操作介面及功能智慧化、多樣化。
4. 不需遙控器,省去額外維護遙控器的麻煩。
5. 網路斷線時,壁切開關仍可傳統方式調光調色

缺點:
1.走進家門直接用壁切開關點燈,仍是最直覺又方便的用燈習慣,若還要拿出手機開啟APP操作似乎顯得多餘和繁瑣。
2.網路斷線時,就無法使用APP調光調色。

智慧燈調光

每盞燈或燈泡都須含WIFI收發模組。由WIFI模組內的MCU,依據網路伺服器的訂閱資訊,直接對LED驅動器做亮度或色溫的設定。

優點:
1. 在地球的任何角落,家中成員都能夠控制家裡的燈。
2. 手機APP操作介面及功能智慧化、多樣化。
3. 且不需要遙控器,省去額外維護遙控器的麻煩。
4. 可針對同開關迴路中特定的單盞燈做設定

缺點:
1.走進家門直接用壁切開關點燈,仍是最直覺又方便的用燈習慣,若還要拿出手機開啟APP操作似乎顯得多餘和繁瑣。
2.APP關燈後,每盞燈須維持通訊,得持續耗電
3.每盞燈都必須規劃WIFI模組,配對麻煩、成本高較不耐用
4.網路斷線時,APP及壁切開關都無法調光調色。

藍芽調光
每盞燈或燈泡都內含藍芽模組。配合手機APP控制調光調色,控制範圍僅限於藍芽訊號的近距離室內空間,因沒上網際網路,並非物聯網(IoT)方式,無法遠端控制。

優點:
以手機APP操作取代了遙控器,成本低且不需額外維護遙控器

缺點:
1. 走進家門直接用壁切開關點燈,仍是最直覺又方便的用燈習慣,若還要拿出手機開啟APP操作似乎顯得多餘和繁瑣。
2. 用手機APP操作,卻無法遠端監看狀態或控制

0/1-10V調光
利用1-10V調光器或是0-10V的控制系統調光。0-10V / 1-10V 調光是一種常見的照明控制方式,其中燈具端的變壓器除了提供電源之外,還需要額外的控制訊號線,這個訊號是一個直流電壓,取樣範圍在0V至10V之間。
參考各種0-10V燈具詳情

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0-10V控制: 0V對應0%亮度、1V對應10%亮度,一直到10V對應100%亮度,呈現線性對應的調光方式,如下左圖: 0-10V調光特性曲線

1-10V控制: 1V對應0%亮度、2V對應11.1%亮度,一直到10V對應100%亮度,也是線性對應的調光方式,如下右圖: 1-10V調光特性曲線
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一般來說,燈控系統以主動式0-10V為主,而調光器搭配通常是以被動式1-10V控制為主。1-10V調光器的外觀和TRIAC調光器相似,都有可變電阻的旋鈕,方便操作調光。不同的是,這個可變電阻調整的是0-10V被動式訊號高低,而不是交流電導通相位。調光器的背後除了電源開關的火線,還會有1-10V的一對控制線,都需要連接至燈具處。

優點:
相對於TRIAC調光,0-10V / 1-10V 是較穩定的方式。

缺點:
1.需專用控制訊號線,安裝上較為麻繁。
2.許多支援0-10V/1-10V的LED變壓器,因主、被動設計差異,仍有各種相容性問題。

0-10V/1-10V 如何調色?
至於0-10V/1-10V要如何調色? 若要同時調光又調色,控制訊號線就需要三條線,有兩組控制訊號(一條是共接線)。控制上有兩種模式:

1. WW/CW 模式(雙驅動器設計):
WW是控制黃光的0-10V,CW是控制白光的0-10V,各自獨立控制。因此控制器需要依據要設定的亮度及色溫,計算出適合的控制準位再輸出給燈具。燈具實際上就是等於兩組獨立的0-10V變壓器,各自驅動著混光用的白光和黃光LED。

2. DIM/CCT 模式(單驅動器設計): 
整合型控制,DIM 控制亮度,CCT 控制色溫。控制器將使用者想要的亮度置於 DIM 的訊號,想要的色溫直接置於 CCT 訊號,較為直接,控制上不需額外計算程序。


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