基于PWM的三基色LED光源調(diào)光調(diào)色的控制方法

在多基色LED光源的應(yīng)用背景下，為了實現(xiàn)調(diào)光調(diào)色的科學(xué)控制，現(xiàn)提出一種基于PWM（脈沖寬度調(diào)制）技術(shù)的基色LED光源調(diào)光調(diào)色方式，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建出以下三種函數(shù)關(guān)系，分別是色品坐標(biāo)與占空比的關(guān)系函數(shù)、最大光通量與色品坐標(biāo)的關(guān)系函數(shù)、相關(guān)色溫與占空比的關(guān)系函數(shù)。然后，利用RGB（紅綠藍(lán)）三基色LED，開展相關(guān)實驗，實驗結(jié)果表明：通過科學(xué)利用計算模型，可以實現(xiàn)對LED光色的科學(xué)化、規(guī)范化控制，縮小混合光色品測量值的誤差，使誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于2.5%。此外，通過對太陽光的色溫變化誤差進行模擬，發(fā)現(xiàn)該誤差值達(dá)到了50k。

LED光源具有體積小巧、節(jié)能環(huán)保、可控性高等特點，在照明領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。為了實現(xiàn)對光強的智能化調(diào)整和控制，滿足不同條件下的照明需求，相關(guān)人員要實時調(diào)整和控制多種LED光源。而PWM是LED常用的一種調(diào)光技術(shù)，該調(diào)光控制技術(shù)具有驅(qū)動效率高、控制精確度高、色彩恒定性高等特點，為后期與智能化系統(tǒng)建立良好的連接關(guān)系提供了重要的技術(shù)支持。因此，在PWM調(diào)光技術(shù)的應(yīng)用背景下，如何利用多基色LED光源，科學(xué)控制LED調(diào)光調(diào)色是相關(guān)人員必須思考和解決的問題。

理論計算

色品坐標(biāo)與占空比的關(guān)系

通過對驅(qū)動光源的占空比進行控制和調(diào)整，確保光源的色品坐標(biāo)始終保持不變，使得光源的光通量呈線性變化的趨勢。為了降低工程討論難度，需要確定出光源的光通量與占空比之間的函數(shù)關(guān)系，然后，光通量根據(jù)格拉斯曼顏色混合定律，完成對CIE色度的精確化計算和統(tǒng)計。同時，在進行PWM調(diào)光期間，影響光源色品坐標(biāo)的主要因素為光源的占空比。然后，根據(jù)光通量的期望值，設(shè)置出相應(yīng)的色品坐標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，將光源的占空比設(shè)置為一個未知數(shù)，然后，完成對光通量占空比與光源色品坐標(biāo)兩者函數(shù)關(guān)系的構(gòu)建，為后期深入地探究光源占空比與最大光通量之間的函數(shù)關(guān)系提供重要的依據(jù)和參考。

最大光通量與色品坐標(biāo)的關(guān)系

在確定光源最大光通量與色品坐標(biāo)的關(guān)系期間，相關(guān)人員要根據(jù)光通量所設(shè)置的取值范圍，在保證PWM調(diào)光調(diào)色效果的基礎(chǔ)上，根據(jù)混合光色品坐標(biāo)的比例值，確定出合適的RGB三基色比例，在調(diào)光過程，不同色品坐標(biāo)的混合光，其RGB三基色的比例不同。只有占空比比例為1：1：1的混合光其占空比才可以同時達(dá)到100%。最后，充分利用最大光通量與色品坐標(biāo)之間的函數(shù)關(guān)系，預(yù)測和了解光通量未來分布情況，為保證光源調(diào)光調(diào)色控制效果打下堅實的基礎(chǔ)。

相關(guān)色溫與占空比的關(guān)系

色溫作為光源設(shè)置的重要參數(shù)，通過對其進行動態(tài)化調(diào)整和控制，可以保證光源光譜功率分布的科學(xué)性和合理性。此外，還要根據(jù)光源的占空比，對光源的色溫進行科學(xué)調(diào)控，并將最終的調(diào)控結(jié)束存儲于指定的數(shù)據(jù)庫中，便于其他人員的查看和調(diào)用。此外，還要根據(jù)光源占空比最終計算結(jié)果，確定出相關(guān)色溫與占空比之間的函數(shù)關(guān)系，為實現(xiàn)人們光照環(huán)境的優(yōu)化提供相應(yīng)的理論基礎(chǔ)。

實驗測試及結(jié)果分析

實驗光源

實驗光源主要是由廣州某光電公司所研發(fā)的燈珠，該燈珠內(nèi)部含有RGB三基色LED，三基色LED主波長分別達(dá)到了620nm、523nm、465nm。通過利用光譜測量儀器，對LED燈珠的色度參數(shù)進行精確化測量，測量結(jié)果如表1所示。在此基礎(chǔ)上，還要在鋁基板上焊接相應(yīng)的LED燈珠，如果結(jié)溫不斷升高，則會引發(fā)色漂移現(xiàn)象，造成RGB三基色出現(xiàn)嚴(yán)重失調(diào)，因此，為了避免以上現(xiàn)象的發(fā)生，在進行實驗期間，相關(guān)人員要在散熱器上安裝和固定相應(yīng)的鋁基板，實現(xiàn)對結(jié)溫的科學(xué)控制，避免因結(jié)溫上升而引發(fā)誤差大問題。

光源模塊驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)

光源模塊在具體的運用中，主要是在市電情況下，通過調(diào)光調(diào)色方式進行的，其驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

從圖2中可以看出，該驅(qū)動電路主要由以下幾個部分組成：（1）直流穩(wěn)壓電源。該電源主要用于對直流電壓的轉(zhuǎn)化，使市電220V電壓轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的直流電壓。（2）DD313芯片。該芯片主要用于對恒流輸出通道的構(gòu)建，以實現(xiàn)對調(diào)光調(diào)色頻率以及占空比的自動化控制。（3）外圍電路。該電路主要用于對電流、電壓的精確輸送。（4）信號發(fā)生器。信號發(fā)生器主要負(fù)責(zé)對占空比的輸入，使其被準(zhǔn)確無誤地輸入到驅(qū)動芯片中，從而實現(xiàn)對光源調(diào)光調(diào)色的自動化控制。

實驗結(jié)果及分析

（1）色品坐標(biāo)與占空比的關(guān)系

相關(guān)人員根據(jù)所設(shè)置的混合光色品坐標(biāo)和光通量，精確地計算出混合光在不同色品坐標(biāo)所對應(yīng)的占空比。例如：當(dāng)混合光的色品坐標(biāo)為（0.3118，0.2598）時，所獲得最大光通量達(dá)到了50.25lm，然后，計算出混合光的占空比，占空比計算結(jié)果分別達(dá)到了49%、49%、9%。此外，在整個實驗中，相關(guān)人員要根據(jù)所計算的混合光占空比，確定色品坐標(biāo)與光通量兩者之間的關(guān)系，此外，還要借助信號發(fā)生器，將占空比準(zhǔn)確無誤地輸入到驅(qū)動芯片中，從而實現(xiàn)對光源調(diào)光調(diào)色的自動化控制。

（2）最大光通量與色品坐標(biāo)的關(guān)系

在進行調(diào)光調(diào)色期間，RGB的占空比，直接影響了光通量的變化趨勢。對于色品坐標(biāo)而言，均有相應(yīng)的混合光，在確定該混合光期間，相關(guān)人員要盡可能取得最大光通量，同時，還要將RGB所對應(yīng)的三個占空比設(shè)置為100%。在這個實驗中，還要不斷增加某一通道的占空比，使其上升為100%，在此基礎(chǔ)上，對其他兩個通道占空比進行調(diào)節(jié)，為后期精確地測量色品坐標(biāo)所對應(yīng)的光通量提供重要的依據(jù)和參考。色品坐標(biāo)與最大光通量關(guān)系圖如圖3所示。從圖3中可以看出，理論模擬值和實際測量值基本吻合，均在ORL點位置處取得最大光通量，然后，向四周呈現(xiàn)出不斷下降的趨勢。

結(jié)語

綜上所述，LED光源的光色調(diào)整在保證智能化、動態(tài)化照明管控效果方面發(fā)揮出重要作用。占空比與光通量之間存在線性關(guān)系，相關(guān)人員通過利用這一線性關(guān)系，在科學(xué)設(shè)置光源參數(shù)的基礎(chǔ)上，完成對色品坐標(biāo)與占空比函數(shù)關(guān)系和最大光通量與色品坐標(biāo)函數(shù)關(guān)系的確定。同時，根據(jù)日光色品所呈現(xiàn)出的軌跡線，推導(dǎo)出一種函數(shù)關(guān)系，該函數(shù)關(guān)系有效地反映出了色溫與占空比兩者之間的關(guān)系。此外，還要采用實驗驗證的方式，對上述計算模型進行一一驗證。實驗結(jié)果表明：通過科學(xué)調(diào)整和控制占空比，可以實現(xiàn)對預(yù)期混合光的自動化、動態(tài)化控制，并科學(xué)地模擬出不同色溫值下所對應(yīng)的太陽光。

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作者簡介：陳鄧偉（1983—），廣東廣州人，研發(fā)部經(jīng)理，電子信息技術(shù)工程師，現(xiàn)就職于廣州中大中鳴科技有限公司。