全新的可调色温和亮度的高级LED混光理念及设计
  前言
  本文着重介绍一种色温和亮度独立可调的高级混光理念。通过这一全新的混光理念,LED照明产品不但实现了色温和亮度独立可调,同时还具有高光效和高显色性等显著优点。该理念的应用方向主要是需要调节色温和亮度的照明场合。例如:台灯、手术无影灯、高品质要求的室内照明、LED显示屏等。文中除了该混光理念的原理介绍,还包含基于该理念的色温和亮度可调的设计指南及相关模型的测试数据等。
  高级混光理念原理
  在固态照明或LED显示应用中,一些场合需要光源具备色温和亮度可调的特点,传统的方法通常是采用红绿蓝混光,或通过红光,琥珀光,绿光或黄光与冷白光源进行混合等方法实现。以红绿蓝混合为例,通过改变各颜色的比例,虽然可实现色温的变化,可光线的显色指数较低(CRI=20~60)(如图l中红色曲线所示),用冷白光源与其他颜色混合的方式,虽然显色指数较高,但由于受各颜色LED自身光效的影响,系统的整体光效仍有较大提高的空间。
图1图2  本文介绍的欧司朗光电LED照明研发出的全新的可调色温和亮度的LED混光理念,可创造出高CRI卜90)和高光效的LED白光光源。这种理念的原理是基于三种颜色混合生成白光。对于基色,这种理念采取的是利用特殊的白光(EQW)和琥珀色(Amber),蓝色(Blue)进行不同比例的混合,获得在普朗克轨迹上的不同色温的白光效果。(如图2所示)
  其中特殊的白光( EQW)采用的是蓝光芯片(InGaN)加绿色荧光粉的转换技术,其颜色已转至偏绿色区域,由于绿色荧光粉的转化效率较高,有助于大大提升整体光效。在暖白条件下,混合后的LED光源的光效有望超过llOlm/w。混合后生成的优质的光线,其显色指数CRI大于90。
  色温和亮度独立可调的系统设计指南
  传统的色温可调的设计中通常是通过改变某种颜色的电流,来混成不同的色温。使用这种方式,在调节色温的同时,光源的亮度并不恒定,也会随之发生改变。为了实现色温和亮度的独立控制,每种颜色的LED需独立PWM驱动,通过变换不同的颜色间比例,来混成指定的色温值。在保持某一色温恒定的前提下,需要调节亮度时,只需保持该色温下各颜色间的比例不变,改变的只是每种颜色的绝对输出亮度。以本文的混光理念为例,在3000K时,假设各颜色的亮度比需为白光(EQW):琥珀光(Amber):蓝光(Blue) =80%:19.5%:o.5%,在系统目标为500流明时,则各颜色的LED的实际所需亮度依次为400流明、97.5流明和2.5流明。当需要调节系统的亮度到1000流明时,为维持3000K色温不变,依旧保持各颜色的亮度比值(比如80%:19.5%:o.5%)不变,各颜色的LED所需的实际输出亮度调整为800流明、195流明和5流明即可。反过来如需保持亮度不变,只是调节不同的色温。只需根据各色温下,各颜色所占的比值,计算得到各颜色LED所需的输出光通量既可。举例说明,通过计算可知,在2700K时,各颜色所需的亮度比约为白光(EQW):琥珀光(Amber):蓝光(Blue) =76.25%:23.35%:o.4%,在3500K时,各颜色所需亮度比约为白光(EQW):琥珀光(Amber):蓝光(Blue) =83.8%:14.8%:1.4%,如希望保持光源输出恒定亮度为500流明,在色温从2700K切换到3500K时,白光(EQW)、琥珀光( Amber)、蓝光(Blue)的分别所需输出亮度由381.25流明、116.75流明、2流明变为419流明、74流明、7流明。通过这种方式,即可实现色温变化的同时,亮度值保持恒定。调节各LED实际输出亮度是通过改变驱动电流的占空比来实现,并不需要改变驱动电流大小。系统结构如下图3所示:
图3
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