工程師推薦基于兩通道PWM的LED調(diào)光調(diào)色方法

從上式可以看出，可控比由參與混光的兩光源本身決定，與外在控制方法無關(guān)。可控比越大，說明PWM調(diào)控裕度越大，實現(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)。同樣實驗表明，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。實驗與結(jié)果分析

根據(jù)P.R. Boyce、J.W. Beckstead、N.H. Eklund 等人實驗提供的日光照度和色溫變化曲線，選取26個時間關(guān)節(jié)點(diǎn)上的光色值，對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)計算落在可行域內(nèi)的各光色值的占空比。單片機(jī)把各時間點(diǎn)具備特定占空比的方波動態(tài)分配給相應(yīng)的LED 驅(qū)動芯片。兩種LED 均勻分布并用乳白玻璃將燈光混合，用檢測設(shè)備實時測量其混合光的光色量。

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

圖2 實驗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

實測照度值與期望照度值的平均誤差為15 lx，實測色溫值與期望色溫值平均誤差為23 K.

實驗過程中，實測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。誤差主要來自以下幾個方面：1) 隨著實驗過程的進(jìn)行，LED 芯片的結(jié)溫不斷升高。結(jié)溫的改變會引起其光度量和色度量的變化；2) 驅(qū)動LED 芯片的PWM 波形并非理想的方波。即使在同一開關(guān)狀態(tài)下，電流也并非保持恒定。

而驅(qū)動電流的變化則會導(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個體性差異。即使是同一型號，同一批次的LED，其光度量和色度量也會不同，特別是兩者的動態(tài)特性。而在實驗中認(rèn)為同一種LED 具有相同的光色電參數(shù)和動態(tài)特性。4) 檢測儀器的系統(tǒng)誤差以及操作過程中的隨機(jī)誤差。

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)確的實現(xiàn)預(yù)期光度和色度要求的光譜，為LED 的動態(tài)照明技術(shù)提供了理論依據(jù)和實現(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。