基于兩通道PWM的LED調(diào)光調(diào)色方法

　　1.2.2 局限性的表征

　　為表征兩通道PWM 調(diào)光調(diào)色的能力，定義可控比，它是可行域與理論域的比值，用公式表示為：

　　式中：δ 為可控比。將式（7）化簡(jiǎn)后可得：

　　從上式可以看出，可控比由參與混光的兩光源本身決定，與外在控制方法無(wú)關(guān)?？煽乇仍酱螅f(shuō)明PWM調(diào)控裕度越大，實(shí)現(xiàn)預(yù)期光度、色度值的概率越大。所以，可控比可作為光源組合選擇優(yōu)劣的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

　　從圖1 中還可以看出：1） 混合光的色度量能且僅能在對(duì)應(yīng)于x0 處取遍所有理論光度值；2） 若混合光的光度量不大于Yc、Yw 中的較小者，則可取遍所有理論色度值。所以要實(shí)現(xiàn)所有的色度值，Yc 和Yw 不應(yīng)相差太大，且兩者的較小值應(yīng)與期望光度值中的最大值相當(dāng)。同樣實(shí)驗(yàn)表明，Rc 和Rw 的差值越小，則可控比就越大，兩種LED 的利用率就越高。所以，在都能實(shí)現(xiàn)期望值的情況下，應(yīng)選擇Rc 和Rw 相差最小的光源組合。

　2 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

　　根據(jù)P.R. Boyce、J.W. Beckstead、N.H. Eklund 等人實(shí)驗(yàn)提供的日光照度和色溫變化曲線，選取26個(gè)時(shí)間關(guān)節(jié)點(diǎn)上的光色值，對(duì)從黎明到中午的自然光進(jìn)行模擬。根據(jù)光色值的變化范圍，選擇了兩種高顯色性白光LED，LED 的光色電等基本參數(shù)如表1 所示。

　　根據(jù)兩通道PWM 調(diào)光調(diào)色的局限性，計(jì)算期望光色值在理論域中的坐標(biāo)值，如圖2 所示。進(jìn)而根據(jù)式（5）計(jì)算落在可行域內(nèi)的各光色值的占空比。單片機(jī)把各時(shí)間點(diǎn)具備特定占空比的方波動(dòng)態(tài)分配給相應(yīng)的LED 驅(qū)動(dòng)芯片。兩種LED 均勻分布并用乳白玻璃將燈光混合，用檢測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)測(cè)量其混合光的光色量。

　　檢測(cè)儀器選用SUV3000 紫外可見(jiàn)光譜輻射分析儀，測(cè)量過(guò)程在標(biāo)準(zhǔn)暗室中進(jìn)行。測(cè)量結(jié)果如圖3 所示。

　　實(shí)測(cè)照度值與期望照度值的平均誤差為15 lx，實(shí)測(cè)色溫值與期望色溫值平均誤差為23 K.

　　表1 實(shí)驗(yàn)用 LED 的基本參數(shù)

　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)測(cè)值與理論值存在一定的誤差，但總體上還是得到了很好的匹配。誤差主要來(lái)自以下幾個(gè)方面：1） 隨著實(shí)驗(yàn)過(guò)程的進(jìn)行，LED 芯片的結(jié)溫不斷升高。結(jié)溫的改變會(huì)引起其光度量和色度量的變化。2） 驅(qū)動(dòng)LED 芯片的PWM 波形并非理想的方波。即使在同一開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，電流也并非保持恒定。

　　而驅(qū)動(dòng)電流的變化則會(huì)導(dǎo)致LED 光度量和色度量的變化。占空比越小，這種情況引起的誤差就越大。

　　3） LED 個(gè)體性差異。即使是同一型號(hào)，同一批次的LED，其光度量和色度量也會(huì)不同，特別是兩者的動(dòng)態(tài)特性。而在實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為同一種LED 具有相同的光色電參數(shù)和動(dòng)態(tài)特性。4） 檢測(cè)儀器的系統(tǒng)誤差以及操作過(guò)程中的隨機(jī)誤差。

　　圖2 實(shí)驗(yàn)光色值在理論域中的分布。

　　圖 3 模擬從黎明到中午自然光的照度和色溫變化。

　　3 結(jié) 論

　　本研究提出了一種新型的基于PWM 的調(diào)光調(diào)色方法，建立了關(guān)于期望光色量和兩通道占空比的一一映射模型，可以準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)預(yù)期光度和色度要求的光譜，為L(zhǎng)ED 的動(dòng)態(tài)照明技術(shù)提供了理論依據(jù)和實(shí)現(xiàn)方法。另外，該調(diào)光調(diào)色方法在LED 背光領(lǐng)域亦具有潛在的應(yīng)用前景。