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作者：飛兆半導(dǎo)體公司Brian Johnson 假如讓消費(fèi)者來(lái)描述完美的光源特性，那么你可能會(huì)在他們的描述中聽(tīng)到需要能量最低、光輸出和顏色可調(diào)、使用時(shí)間很長(zhǎng)等等各種各樣的理想特性。最低輸入能量是指輸入功率高效地轉(zhuǎn)換為流明輸出，被稱為功效；調(diào)節(jié)光輸出與減弱光亮度的調(diào)光有關(guān)，或者可以增加照明設(shè)備的顏色調(diào)節(jié)，以便模擬白天相對(duì)夜晚的狀況；并且通過(guò)調(diào)節(jié)流過(guò)LED的偏置電流，可以在較長(zhǎng)的使用壽命期間維持光輸出。 白熾燈能效低且使用壽命也較短；鈉燈提供的顏色選擇很少并且使用壽命短；熒光燈在可調(diào)光的選擇選擇較少，使用壽命也短。高亮度LED則聲稱具有良好的能效、較長(zhǎng)的使用壽命、易于選擇顏色與調(diào)光控制且無(wú)紫外(UV)射線。得益于于控制裝置的智能設(shè)計(jì)或LED驅(qū)動(dòng)電子器件，這些聲稱的優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)在已獲實(shí)現(xiàn)。智能LED驅(qū)動(dòng)器可以在使用期內(nèi)針對(duì)亮度衰減進(jìn)行調(diào)節(jié)，提供驅(qū)動(dòng)特性來(lái)調(diào)節(jié)顏色，并替代獲得所需顏色和亮度的LED分選(binning)：通過(guò)針對(duì)系統(tǒng)中不同LED使用光譜調(diào)諧，來(lái)獲得所需的顏色和亮度。 光譜調(diào)諧對(duì)比分選 光譜調(diào)諧混合數(shù)種LED的光譜能量分布，例如適當(dāng)?shù)鼗旌霞t光、綠光、和藍(lán)光LED可產(chǎn)生白光。此RGB組合還用于產(chǎn)生幾乎所有顏色的光。如果LED驅(qū)動(dòng)器不是設(shè)計(jì)用于調(diào)節(jié)一組不同的LED，那么設(shè)計(jì)人員必須從分選過(guò)的LED中選擇以便產(chǎn)生特定的顏色。分選是制造商根據(jù)發(fā)光流明和顏色將LED分類的過(guò)程，圖1的例子顯示了一組行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的LED “分類標(biāo)準(zhǔn)”。 
圖1：在色度圖上的LED分類標(biāo)準(zhǔn)。 分類由色度圖上標(biāo)繪的矩形區(qū)域顯示。一組包含在同一類的LED的將在顏色和亮度特性方面相近。然而，在包含許多照明設(shè)備的大型辦公室或工廠環(huán)境中，不同類可能仍然會(huì)導(dǎo)致不均勻的光色，這在一組大型照明設(shè)備中是很明顯的。經(jīng)分選的LED設(shè)計(jì)不會(huì)提供改變照明設(shè)備顏色的方法；而一組不同顏色的LED使用反饋來(lái)調(diào)諧系統(tǒng)中不同LED的光譜特性，就能夠在辦公室環(huán)境中建立補(bǔ)償照明系統(tǒng)，從而令整個(gè)空間的光線均勻。光譜調(diào)諧還可以補(bǔ)償其它影響，例如窗口朝外的房間邊上的自然光或反射進(jìn)房間的走廊照明。 LED的另一個(gè)影響是色偏，源自LED正向電流的變化。圖2顯示了一組業(yè)內(nèi)LED顏色隨正向電流變化的曲線。
圖2：按應(yīng)用分類的LED燈單元。 LED驅(qū)動(dòng)器可以采用嚴(yán)格的恒定電流(constant current, CC)輸出容差設(shè)計(jì)，然而，收緊CC容差將增加LED驅(qū)動(dòng)器的成本。由于正向電流經(jīng)過(guò)一組LED，故一個(gè)成本較低的解決方案是設(shè)計(jì)人員使用反饋系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)LED色偏，通過(guò)反饋來(lái)補(bǔ)償顏色變化。 分選LED通常在制造方面帶來(lái)影響，導(dǎo)致LED采購(gòu)成本增加。正因?yàn)長(zhǎng)ED分選設(shè)置是特定的，一些LED驅(qū)動(dòng)器可能仍然不能匹配眾多分類的LED應(yīng)用的正向偏置電流設(shè)置。此外，溫度效應(yīng)和壽命退化影響都會(huì)引起照明設(shè)備顏色的變化。 反饋在光譜調(diào)諧中的應(yīng)用 下文將提出一種自動(dòng)調(diào)節(jié)顏色和亮度的照明設(shè)備，來(lái)說(shuō)明可以抵消系統(tǒng)變化影響的反饋控制方案。色彩傳感器和微控制器用于處理傳感器輸入。例如，色彩傳感器使用光電二極管，采用non-organic三路濾色器，在溫度和老化變化方面提供出色的穩(wěn)定性和極低漂移，且濾色器可設(shè)計(jì)用于實(shí)施人眼的光譜敏感曲線(CIE1931)。 閉合環(huán)路光譜調(diào)諧光源的原理圖如圖3所示。
圖3：光譜調(diào)諧光源。 控制回路如圖所示采用了微控制器。控制回路通過(guò)傳感器來(lái)測(cè)量亮度和顏色，并使用PWM信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)LED燈串中的電流。采用PWM輸入信號(hào)，F(xiàn)AN7346能夠控制單個(gè)LED串中的電流。電源可以是功率因數(shù)校正(power factor correction)前級(jí)，后接LLC DC/DC次級(jí)，以便為多個(gè)LED燈串供電，如圖4。電源也可以是一個(gè)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)，采用FAN7346來(lái)控制對(duì)電源的反饋。替代設(shè)計(jì)可以使用三個(gè)功率轉(zhuǎn)換器(30W/10W/10W)組成，各自控制每組LED串，使用白光、綠光和琥珀光生成一個(gè)以白光為基礎(chǔ)的調(diào)諧系統(tǒng)、或使用帶有相同電源的三種燈串來(lái)“混合”紅光、綠光和藍(lán)光三種LED燈串，實(shí)現(xiàn)更寬泛的顏色調(diào)諧范圍。LED顏色無(wú)需進(jìn)行分選；可選擇具有照明應(yīng)用所需性能的低成本LED。
圖4：光譜調(diào)諧光源用電源。 系統(tǒng)實(shí)例 這里建立了一個(gè)辦公室環(huán)境中白光照明調(diào)諧的系統(tǒng)實(shí)例，三個(gè)反激式PFC電源以并聯(lián)的方式運(yùn)行，輸出功率高達(dá)30W的主電源驅(qū)動(dòng)主白光LED燈串，兩個(gè)附加電源則各自提供高達(dá)10W的功率，用于包含琥珀光和綠光LED的LED燈串，這提供了50W的總電源。圖5顯示了在全功率下的光源設(shè)計(jì)。色彩傳感器位于光源陣列的中部，正面朝下，以實(shí)現(xiàn)光色和光強(qiáng)度的正確測(cè)量。
圖5：滿功率下的光譜調(diào)諧光源。 測(cè)試人員看不出顏色或亮度的差異。圖6顯示光源漸暗。要注意的是因?yàn)樘幱诟攮h(huán)境光照條件下，例如來(lái)自窗戶的太陽(yáng)光，所以某些光源實(shí)際上被關(guān)閉了。
圖6：光譜調(diào)諧光源亮度減低。 本文結(jié)論 由實(shí)例可見(jiàn)，使用光譜調(diào)諧的LED系統(tǒng)在辦公室或工廠環(huán)境中提供了一致的顏色特性。光譜調(diào)諧允許太陽(yáng)光或其它可能影響理想亮度和顏色控制的空間的光源進(jìn)行顏色補(bǔ)償，反饋系統(tǒng)還可以彌補(bǔ)與LED壽命和色偏相關(guān)的老化或漂移的影響。因?yàn)楣庾V調(diào)諧反饋可用于控制顏色，這也消除了嚴(yán)格分選LED的成本影響。上文所提實(shí)例的其它優(yōu)勢(shì)還包括校準(zhǔn)、實(shí)施預(yù)先保護(hù)特性，并設(shè)置安全光照條件來(lái)平衡光輸出與來(lái)自備用電池的對(duì)所需脫險(xiǎn)通道進(jìn)行照明所用的電能。瞄準(zhǔn)特定設(shè)備對(duì)比控制整個(gè)系統(tǒng)，可以通過(guò)無(wú)線接口來(lái)遠(yuǎn)程控制調(diào)光。 |
