LED光源的光譜調諧詳解

假如讓消費者來(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、使用時(shí)間很長(cháng)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換為流明輸出，被稱(chēng)為功效；調節光輸出與減弱光亮度的調光有關(guān)，或者可以增加照明設備的顏色調節，以便模擬白天相對夜晚的狀況；并且通過(guò)調節流過(guò)LED的偏置電流，可以在較長(cháng)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；熒光燈在可調光的選擇選擇較少，使用壽命也短。高亮度LED則聲稱(chēng)具有良好的能效、較長(cháng)的使用壽命、易于選擇顏色與調光控制且無(wú)紫外（UV）射線(xiàn)。得益于于控制裝置的智能設計或LED驅動(dòng)電子器件，這些聲稱(chēng)的優(yōu)點(diǎn)現在已獲實(shí)現。智能LED驅動(dòng)器可以在使用期內針對亮度衰減進(jìn)行調節，提供驅動(dòng)特性來(lái)調節顏色，并替代獲得所需顏色和亮度的LED分選（binning）：通過(guò)針對系統中不同LED使用光譜調諧，來(lái)獲得所需的顏色和亮度。

光譜調諧對比分選

光譜調諧混合數種LED的光譜能量分布，例如適當地混合紅光、綠光、和藍光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驅動(dòng)器不是設計用于調節一組不同的LED，那么設計人員必須從分選過(guò)的LED中選擇以便產(chǎn)生特定的顏色。分選是制造商根據發(fā)光流明和顏色將LED分類(lèi)的過(guò)程，圖1的例子顯示了一組行業(yè)標準的LED “分類(lèi)標準”。

圖1：在色度圖上的LED分類(lèi)標準。

分類(lèi)由色度圖上標繪的矩形區域顯示。一組包含在同一類(lèi)的LED的將在顏色和亮度特性方面相近。然而，在包含許多照明設備的大型辦公室或工廠(chǎng)環(huán)境中，不同類(lèi)可能仍然會(huì )導致不均勻的光色，這在一組大型照明設備中是很明顯的。經(jīng)分選的LED設計不會(huì )提供改變照明設備顏色的方法；而一組不同顏色的LED使用反饋來(lái)調諧系統中不同LED的光譜特性，就能夠在辦公室環(huán)境中建立補償照明系統，從而令整個(gè)空間的光線(xiàn)均勻。光譜調諧還可以補償其它影響，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L(fǎng)ED正向電流的變化。圖2顯示了一組業(yè)內LED顏色隨正向電流變化的曲線(xiàn)。

圖2：按應用分類(lèi)的LED燈單元。

LED驅動(dòng)器可以采用嚴格的恒定電流（constant current， CC）輸出容差設計，然而，收緊CC容差將增加LED驅動(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計人員使用反饋系統來(lái)調節LED色偏，通過(guò)反饋來(lái)補償顏色變化。

分選LED通常在制造方面帶來(lái)影響，導致LED采購成本增加。正因為L(cháng)ED分選設置是特定的，一些LED驅動(dòng)器可能仍然不能匹配眾多分類(lèi)的LED應用的正向偏置電流設置。此外，溫度效應和壽命退化影響都會(huì )引起照明設備顏色的變化。反饋在光譜調諧中的應用

下文將提出一種自動(dòng)調節顏色和亮度的照明設備，來(lái)說(shuō)明可以抵消系統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定性和極低漂移，且濾色器可設計用于實(shí)施人眼的光譜敏感曲線(xiàn)（CIE1931）。

閉合環(huán)路光譜調諧光源的原理圖如圖3所示。

圖3：光譜調諧光源。

控制回路如圖所示采用了微控制器?？刂苹芈吠ㄟ^(guò)傳感器來(lái)測量亮度和顏色，并使用PWM信號來(lái)調節LED燈串中的電流。采用PWM輸入信號，FAN7346能夠控制單個(gè)LED串中的電流。電源可以是功率因數校正（power factor correction）前級，后接LLC DC/DC次級，以便為多個(gè)LED燈串供電，如圖4。電源也可以是一個(gè)現有的設計，采用FAN7346來(lái)控制對電源的反饋。替代設計可以使用三個(gè)功率轉換器（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)以白光為基礎的調諧系統、或使用帶有相同電源的三種燈串來(lái)“混合”紅光、綠光和藍光三種LED燈串，實(shí)現更寬泛的顏色調諧范圍。LED顏色無(wú)需進(jìn)行分選；可選擇具有照明應用所需性能的低成本LED。

圖4：光譜調諧光源用電源。