光谱调变技术启动补偿机制 LED照明颜色更均匀

受到正向电流、使用寿命和温度效应影响，LED照明系统运作期间会产生颜色偏移现象，因此半导体厂已在新一代智慧型LED驱动方案中，加入光谱调变技术，利用回馈讯号进行LED光谱特性补偿，达到颜色一致的效果。

如果请消费者描述完美光源所应具有的特性，那么在他们的描述中，你可能听到--功耗要最低、光输出和颜色是可调整的、使用时间长等要求，但这只是部分理想特性。功耗要低即代表需要最低的输入能量，也就是指输入功率高效地转换为流明输出，被称为电源效率；调节光输出与减弱光亮度的调光有关，或可以增加照明设备的颜色调节，以便模拟白天与夜晚相对的状况；并且藉着调节流过发光二极体(LED)的偏压电流(Bias Current)，将光输出维持在较长的使用寿命期间。

白炽灯电源效率低且使用寿命也较短，钠灯可供选择的颜色很少并且使用寿命短，萤光灯在改装(Retro-fit)应用中调光选择较少，且使用寿命短。相较之下，高亮度LED可具有良好的发光效能、较长的使用寿命、易于调光控制的颜色选择且无紫外线(UV)，这些特性都可以具备控制器的智慧设计或LED驱动器实现。智慧LED驱动器可以在使用期间内针对亮度衰减进行调节，提供驱动特性来调节颜色，并获得所需颜色和亮度的LED分选(Binning)，其做法是通过针对系统中一组不同LED使用光谱调变，来获得所需的颜色和亮度。

光谱调变实现多样色彩

光谱调变结合数种LED的光谱能量分布，例如适当地混合红光、绿光和蓝光LED可产生白光。这种三原色(RGB)组合还可用于创造几乎所有颜色的光。如果LED驱动器没有被设计来调节一组不同的LED，那么设计人员必须从分选组合LED中选择以便创造出特定的颜色。分选组合是制造商根据发光流明和颜色将LED分类的过程。图1是一个实例，显示用于LED产业标准设定的分选组合。

图1 在色度图上的LED分选组合

分选组合由绘制在色度图上的矩形区域显示。一组包含特定分选组合LED的照明设备，在颜色和亮度特性方面将会很相近。然而，在包含许多照明设备的大型办公室或工厂环境中，分选组合可能仍会导致不均匀的光色，这在一组大型照明设备中显而易见。一个经分选组合的LED设计无法提供改变照明设备颜色的方法。利用回馈来调变系统中不同LED光谱特性的一组不同颜色LED，能够在办公室环境中建立起补偿照明系统，从而在整个房间内形成均匀的效果。光谱调变还可以补偿其他影响，例如窗户朝外的房间边上的自然光或反射进房间的走廊照明。

LED的另一个影响是因LED正向电流变化而引起的色偏。图2显示用于LED产业设置的颜色变化与正向电流间的关系。LED驱动器可以设计成采用严格的恒定电流(Constant Current, CC)输出容差，然而，严格的CC容差将增加LED驱动器的成本。业界较低成本方案是设计人员使用回馈系统调节LED色偏，这种做法中，由于正向电流经过一组LED，回馈可用来补偿颜色变化。

图2 应用中的LED灯单元

分选组合LED通常带来制造方面的影响，导致LED采购成本的增加。正因为LED分选组合设置是特定的，一些LED驱动器可能仍然不能与经过众多照明设备的分选组合LED应用之正向偏置电流设置相匹配。另外，温度效应和寿命退化影响，也会引起照明设备颜色的变化。

[@B]光谱调变回馈法自动调色[@C] 光谱调变回馈法自动调色

光谱调变回馈法系可以抵消系统变化影响的回馈或控制方案，可创造自动调节颜色和亮度的照明设备。色彩感测器和微控制器可用于处理感测器输入，例如，色彩感测器使用光电二极体，采用非有机的(Non-organic)三路滤色器，在温度和老化变化方面提供出色的稳定性和极低漂移，且滤色器可设计成用于实施人眼的光谱敏感曲线(CIE1931)。闭合回路光谱调变光源的原理图如图3所示。

图3 光谱调变光源

图3所示为采用微控制器的控制回路。控制回路通过感测器来测量亮度和颜色，并使用脉宽调变(PWM)讯号来调节LED灯串中的电流。该方案利用PWM输入讯号，控制个别LED串电流。电源可以是功率因数校正(Power Factor Correction, PFC)前级，后接半桥谐振(LLC)直流对直流(DC-DC)次级，以便为多个LED灯串供电，如图4。电源也可以是一个现有的设计，采用控制回路控制对电源的回馈。替代设计可以使用三个功率转换器(30瓦(W)/10瓦/10瓦)组成，各自控制三组LED串，使用白光、绿光和琥珀光产生一个以白光为基础的调变系统，或使用带有相同电源的三种灯串来混合红光、绿光和蓝光三种LED灯串，实现更宽泛的颜色调变范围。毋须对LED颜色进行分选组合，且厂商可选择具有照明应用所需性能的低成本LED。

图4 光谱调变光源用电源

系统应用实例

以调变办公室环境中的白光照明为例，三个返驰式PFC电源以并联方式运行，输出功率高达30瓦的主电源驱动主白光LED灯串，两个附加电源则各自提供高达10瓦的功率，用于包含琥珀光和绿光LED的LED灯串，提供50瓦的总电源。图5显示在全功率下的光源设计。色彩感测器位于光源阵列的中间，正面朝下，以实现光色和光强度的正确测量。