解讀高亮LED在綠色照明工程中的應(yīng)用研究
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LED亮度控制
控制LED亮度的方法有兩種：一種是改變流過LED的電流， 另一種是脈寬調(diào)制(pu lse w idthmodu lat ion， PWM ) 控制LED的點(diǎn)亮?xí)r間。一般而言， 除紅色LED隨電流的增大亮度會達(dá)到飽和外， 其他LED的亮度會隨工作電流的增大而增大。通過控制流過LED的工作電流， 可以在較大范圍內(nèi)對LED亮度進(jìn)行控制。但電流的控制不易于用軟件實(shí)現(xiàn)， 故不適用于數(shù)字控制，而PWM方式能很方便地用軟件實(shí)現(xiàn)， 故在數(shù)字電路中有著廣泛的應(yīng)用。
根據(jù)塔爾波特(TaL bot) 定律
式中： L-為眼睛對周期變化光感覺的視覺亮度； T為周期。當(dāng)亮度函數(shù)L (t) 為一常數(shù)L 時(shí)， 視覺亮度變?yōu)?/p>
脈寬調(diào)制方式控制LED 的亮度實(shí)際上是控制LED 的點(diǎn)亮的時(shí)間， 周期性的改變其在一個(gè)周期內(nèi)點(diǎn)亮?xí)r間的長短， 從而實(shí)現(xiàn)LED 亮度的變化。LED 在工作狀態(tài)下， 其工作電流保持穩(wěn)定， 在點(diǎn)亮狀態(tài)時(shí)其亮度只與LED 的本身特性有關(guān)， 而與時(shí)間無關(guān)， 故其亮度函數(shù)為一常數(shù)。LED周期性點(diǎn)亮和熄滅時(shí)， 其亮度滿足公式(10)。改變循環(huán)周期內(nèi)LED 的點(diǎn)亮?xí)r間， 即可得到LED 不同的亮度級別， 稱之為不同的灰度級。在工作狀態(tài)下，連續(xù)地改變LED 在循環(huán)周期中的點(diǎn)亮?xí)r間， 則實(shí)現(xiàn)了LED 亮度灰度級的連續(xù)變化。將循環(huán)周期T等分為n 等份， 則LED 的灰度級相應(yīng)地分為n級。
要使得LED在灰度級變化過程中， 人眼覺察不到亮度的跳變， 即沒有閃爍感， LED 的亮滅變化頻率要大于臨界頻率， 其循環(huán)周期至少不大于0. 1～ 0. 02 s。實(shí)驗(yàn)證明， 當(dāng)L ED 的灰度為256 級時(shí)， 紅綠藍(lán)三原色混色后無顏色的跳變， 人眼的感覺顏色是漸變的。256 級灰度對應(yīng)著256 級亮度，也就對應(yīng)著256 種顏色變化， 則紅綠藍(lán)三原色混色后可產(chǎn)生2563 種顏色， 即為所謂的24 位顏色。
目前在嵌入式控制系統(tǒng)中普遍采用C251 系列單片機(jī)， 外部晶振頻率可達(dá)20MHz， 機(jī)器周期為1μs ， 能夠很容易地滿足臨界頻率的要求。 采用C-51 系列單片機(jī)對紅綠藍(lán)LED 進(jìn)行256 級灰度控制時(shí)， 將LED 的亮滅變化周期均分為256級； 可以對紅綠藍(lán)三種顏色的LED 管進(jìn)行單色控制和混色控制。要對紅綠藍(lán)三種原色進(jìn)行分別控制實(shí)現(xiàn)24 位顏色的生成時(shí)， 可采用分段延時(shí)的控制方法實(shí)現(xiàn)對占空比的控制。在進(jìn)行顏色混合時(shí)，三原色按一定的亮度比進(jìn)行混合， 也就是按一定的灰度級進(jìn)行混合， 不同的灰度級定影對應(yīng)的占空比不同， 在循環(huán)周期中LED 點(diǎn)亮的時(shí)間不同，最低灰度級的點(diǎn)亮?xí)r間為t1， 中間灰度級與最低灰度級的點(diǎn)亮?xí)r間差為t2， 最高灰度級與中間灰度級點(diǎn)亮?xí)r間差為t3， 最高灰度級的熄滅時(shí)間為t4， 根據(jù)這個(gè)時(shí)間差異實(shí)現(xiàn)對三種顏色的LED 的控制。
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