如何解決LED產(chǎn)生色度漂移問題(精)

1、如何解決LED產(chǎn)生色度漂移問題LED技術(shù)最大的優(yōu)點之一在于能夠以電磁輻射的形式，產(chǎn)生頻譜極窄的純色光， 而且效率高、無熱輻射。如果產(chǎn)生 的顏色正好是想要的顏色，固然很好，但是在普通 照明應(yīng)用中，我們真正想要的是 白色”的光。換句話說，我們須要以精確的比例混合 多種顏色，類似經(jīng)過地球大氣層過濾后到達人眼時的太陽光的光譜。盡管與熒光燈類似，也是通過在藍(lán)光或紫外線發(fā)光器頂部涂上一層含磷材料，才 能從LED光源中獲得白光，但實際含磷材料的成分及其厚度和涂層位置仍是所有主 要的LED制造商廣泛探討的議題，而這也反映到制造商每個月都會宣布更新、更高 效的研究結(jié)果上。而且，產(chǎn)生光的質(zhì)量也不斷提高，人眼感知的

2、質(zhì)量實際上是通過測 量相關(guān)色溫，也就是與燈的感知色非常接近的黑體溫度（CCT測得的。這是一個非常 重要的問題，因為早期熒光燈所產(chǎn)生的光有些刺眼，因此導(dǎo)致了早期緊密型熒光燈的冷遇”從LED獲得白光的另外一個方法是按照正確的比例精確混合來自三色發(fā)光器 的紅、綠和藍(lán)光（RGB,這樣不但可以 獲得白光,還可以獲得需要的相關(guān)色溫。圖1 為一個簡單應(yīng)用電路，它使用一個八接腳封裝的8位微控制器控制三色LE D。通過 簡單的軟件技術(shù)控制三個發(fā)光器的相對亮度，每個發(fā)光器約可達到6位分辨率（提供 六十四個亮度等級，足以對顏色輸出（白光進行精確控制和選擇需要的 CCT。圖中的PIC12HV615閃存微控制器整合了分

3、流穩(wěn)壓器、提供 8MHz時鐘的振蕩 器、重設(shè)電路和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，提供一個完整而靈活的單芯片解決方案。此閃存 組件的電路內(nèi)可程序化功能也允許在生產(chǎn)時執(zhí)行顏色校準(zhǔn)過程，從而為補償各種發(fā) 光器的性能差異和組件之間的差異提供了一種方法。LED使用壽命雖長卻易產(chǎn)生色度漂移圖1中的解決方案有許多應(yīng)用，如應(yīng)用在要求每個模塊的顏色輸出與鄰近模塊 的顏色相匹配的汽車儀表板照明中。Color Set'1 9*越來越多稱為情境照明的應(yīng)用也陸續(xù)出現(xiàn)，當(dāng)然,也存在一些明顯的缺陷。圖1簡單的白光LED系統(tǒng)范例。首先，此解決方案的效率較低，因為它是一個線性解決方案，且每個發(fā)光器串聯(lián)的 限流電阻器會消耗一些功率。在

4、 應(yīng)用的整個生命周期中還會出現(xiàn)更多的問題。實際上丄ED技術(shù)的主要優(yōu)點之一在于極長的工作壽命，但這也導(dǎo)致了色度漂移 的問題。LED在工作50,000小時或 更久后，其光輸出會逐漸下降到其標(biāo)稱值的 70%。相較于白熾燈泡在使用1,500小時之后會突然報廢的狀況，其使用壽 命確實 很長。但不幸的是，在這50,000小時中白光LED的CCT會發(fā)生變化，隨著熒光粉的老化而升溫，趨近于藍(lán)色。即使是RGB LED解決方案也會有類似的問題,隨著三色發(fā)光器以不同的速度按照不同的曲線緩慢的老化，還是樣會產(chǎn)生CCT色度漂移。通過使用微控制器的智能功能，可以設(shè)計出多種技術(shù) 現(xiàn)死循環(huán)控制系統(tǒng)來對組件的老化，以使用預(yù)測算

5、法或通過實進行補償。許多制造商會采用對光顏色敏感的組件，當(dāng)配合簡單的PID算法使用時可以一次解決色度漂移問題，當(dāng)然這樣會增加解決方案的成本。因為變化是在 數(shù)千個小時中極其緩慢地進行，所以毋須高計算性能，即使是最低成本的8位微控制器也可用于實現(xiàn)此控制機制。這種機制不但可以補償LED的老化,還可以補償驅(qū)動 電路的老化，這個優(yōu)點對于如此長的應(yīng)用壽命時間而言是非常重要的。溫度管理為照明應(yīng)用挑戰(zhàn)普通照明應(yīng)用另一挑戰(zhàn)為溫度管理。如前述高功率LED在窄頻譜范圍（在可視光譜中內(nèi)向外產(chǎn)生電磁輻射時不會消 耗多余的能量,但仍會附帶產(chǎn)生熱量。與白熾 燈泡等光源的不同之處在于這種熱量只能通過直接接觸（傳導(dǎo)而不是輻射的

6、方式傳 遞。為了與白熾燈泡照明系統(tǒng)兼容，會在普通照明系統(tǒng)如配套設(shè)備的設(shè)計中強加一 些重要的限制。換句話 說,為給定額定功率的白熾燈泡設(shè)計的照明系統(tǒng)很難適應(yīng)同 等功率的LED燈，因為熱傳導(dǎo)路徑可能非常有限。高熱阻 路徑會使LED發(fā)光器迅 速過熱，從而破壞含磷材料（對于白色LED，并且很快會損壞LED接合點。功率轉(zhuǎn)換/控制為LED焦點LED所有焦點都集中在獲得最大發(fā)光效率（Im/W上，因而驅(qū)動/控制電路的效率 也必須受到同樣的重視。LED是相對低電壓組件（Vf3-4伏特，與市電提供的高壓110220伏特完全不匹配。此外，為了工作在最佳的效率等級和維護光輸出的恒定， 須要精確控制LED的電流。只有開

7、關(guān)電源能夠提供這種轉(zhuǎn)換所需的高效率。使用多個恒流驅(qū)動拓?fù)鋪韴?zhí)行所需的功率轉(zhuǎn)換，隔離、功率因子校正和/或僅改 進現(xiàn)有解決方案可能都須要使用兩 級處理。輸入電壓首先降低到中間電壓，在此級 使用傳統(tǒng)技術(shù)滿足功率因素校正（PFC和高電壓隔離要求,而第二級負(fù)責(zé)滿足LED 電流和溫度控制要求。圖2顯示一個智能LED解決方案，它在恒流配置中采用升壓 轉(zhuǎn)換器MCP1630。一個小型的8位微控制器可提供靈活的時鐘源、可程序化電流 設(shè)定點（為了使驅(qū)動電路符合不同的LED模塊規(guī)范以便進 一步節(jié)省功耗的調(diào)光功能， 還提供使用遠(yuǎn)程溫度傳感器（整合的溫度傳感器如MCP9700或熱敏電阻進行的死循 環(huán)溫度國新能源網(wǎng)inan

8、eng¥uan .comPIC12FW3WrT H；CT；MCP163fliMCHTM控制。圖2智慧LED解決方案示意圖。MCP1630像許多開關(guān)電源控制器一樣,已提供了過溫檢測功能。但是，由于驅(qū)動 電路的溫度和實際LED模塊的溫度 有很大的差異,MCP1630的過溫檢測功能與死循環(huán)溫度控制功能可以相互補充。基于微控制器的智能解決方案可提供很大的靈活性，向LED模塊輸出的功率隨著其溫度逼近臨界閾值而逐步降低，直到達到平衡, 而不是突然關(guān)閉系統(tǒng)或 僅發(fā)出警報。這種功能對于組件制造商非常重要，特別是在系統(tǒng)溫度設(shè)計正確的情LED燈獨立于照明系統(tǒng)單獨設(shè)計和商業(yè)運作而且無法保證 況下。也許采用智能驅(qū)動設(shè)計，亦即使用小型微控制器監(jiān)控LED驅(qū)動電路的最大優(yōu)點 是使解決方案具有更多的智能和功能僅須添加幾行程序代碼。利用微控制器內(nèi)置 的串行通訊接口實現(xiàn)簡單的數(shù)字協(xié)議，如DMX-512或DALI,使通訊接口易于實 現(xiàn)。可使用以太網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)更高級的系統(tǒng)整合，或利用ZigBee協(xié)議實現(xiàn)無線通訊。而且，在連接每個照明點之后，可設(shè)計一個全新的能量管理系統(tǒng)通過節(jié)能策略，采 用更加整體的方法進一步提高整個家庭或辦公樓系統(tǒng)的效率。在通常的情況下，如果新型固態(tài)照明，特別是功率LED解決方案要在普