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白光液晶电视led灯珠及彩色光LED照明应用设计探

白光液晶电视led灯珠及彩色光LED照明应用设计探

作者:admin    来源:[db:文章来源]    发布时间:2020-06-28 02:35    浏览量:
  高亮度LED为照明财产带来了继续的改革,它为包括白光和五彩缤纷光计划在内的各类照明系统增添了更多的活络性与智能化。这些照明系统使计划人员既能动态操控色温,又能在白光应用中对峙高的显色指数(CRI)。另外,这些系统还能产生宽规模的高精度五彩缤纷光谱。虽然白光与五彩缤纷光看上去不同很年夜,但年夜大都led智能照明应用都是选用夹杂旌旗灯号操控器、恒流驱动器和高亮度LED这些底子组件进行计划出产。白光与五彩缤纷光计划中一般应用多个LED通道,因此一切LED计划方案都需处置器材分选、温度效应、老化及整体色彩精度等问题。选用夹杂旌旗灯号操控器不愧为一种强有力的有用法子,既能智能地处置上述问题,又能确保完成高精度白光或五彩缤纷光。对浩繁从传统照明(白炽灯、荧光灯)计划转向LED照明的计划人员来讲,怎样用好夹杂旌旗灯号操控器已成为一个庞大的应战。
  本文将切磋白光应用与五彩缤纷光应用计划之间的不异点与分歧点、LED系统计划面临的应战和有助于计划人员处置上述问题的功用壮大的一些现成处置方案(有些甚至无需编码)。
  智能照明
  高亮度LED(HB-LED)代表着照明技术的将来,并且最近几年来人们对HB-LED技术的存眷水平也愈来愈高。斟酌到HB-LED功用(流明∕瓦特)的显著提高与成本(流明∕美元)急剧降落,人们如许做就屡见不鲜了。另外,此刻全球都在积极加入“绿色步履”,在此年夜情况下,HB-LED甚至对此刻备受接待的高性价比但生态不太友爱的含汞荧光灯提出了强有力的应战。虽然HB-LED的高功率与环保优势是鼓吹要点,但“智能照明”功用将成为推动HB-LED技术进一步成长的主要气力。
  智能照明技术的应用规模相当普遍,唯一受限的是我们的想象力。本文将要点会商智能照明中的一个主要应用范畴——调光功用。曩昔,调光重要是指调度光的明暗,或颠末光学器材操控光的散射丹青。就HB-LED而言,调光意味着对光的分歧特征进行操控。起首,计划人员有需要斟酌要生成何种类型的光:白光,五彩缤纷光,还是兼而有之。如是白光,计划人员可调度色温与显色指数(CRI)。如是五彩缤纷光,计划人员可以或许根据系统中所用的LED五彩缤纷通道的数目,夹杂来自统一固定LED通道组的全部光谱的色彩。颠末夹杂五彩缤纷光,还可在统一照明装备上生成白光和五彩缤纷光。这类活络性简直会致使复杂性的大功率led灯珠报价增添,并且要在每种系统之间作出衡量。走运的是,虽然白光系统和五彩缤纷光系统看上去天地之别,但现实上它们的计划法子底子上是一样的。
  HB-LED系统计划
  每种智能照明系统都包括以下底子构建模块(图1):HB-LED,某种类型的电源拓扑(本文仅会商开关模式稳压器)和夹杂旌旗灯号操控器。计划人员起首面临的应战即是遴选LED。LED的重要供货商包括Lumileds、Cree、Nichia和Osram等,他们的产物在额外功率和电流、散射丹青、色彩、功率、外形尺寸、散热特征、条理(bin)和每一个封装的LED数目方面各有分歧。这些参数对白光与五彩缤纷光来讲都是不异的,但白光还要斟酌色温与显色指数CRI。
  高级工业计划的束缚和市场需求一般有助于缩小对年夜大都LED特点参数的遴选规模。大都环境下,计划人员应侧重斟酌LED的散热特征,对小型化器材或占用空间受限且不克不及应用年夜型散热器的应用尤应如斯。不异,光学技术有助于减轻散射丹青不佳的问题,而夹杂旌旗灯号操控器则能年夜幅削减温度与器材分选的限制。
  起首应清楚事实该选用分立元件还是集成电路,这是缩小合用智能照明系统的电源拓扑类型的第一步。分立式实行方案可调谐到特定的系统,所以其成本更低、更活络,但占用较年夜的电路板空间且需求专业的计划技术。电源治理IC供给了一种紧凑的处置法子,虽然成本较高,但占用的电路板空间较小,且更容易于计划。
  其次,根据照明系统对功率的分歧要求,计划人员需在线性或开关拓扑之间做出遴选。功率的主要性表现在两个方面。起首,功率转换功率越高,功率糟践就越少。第二,削减功率糟践意味着系统产生的热量也更少。线性稳压器比力简单,成本也较低,但一般功率较差。
  而开关稳压器因为需求电感器因此更复杂,一般也更珍贵,但其功率较高,非论稳压器的输入输出电压怎样,都可取得较高的功率。线性稳压器与开关稳压器既可选用单片IC计划,也可选用分立元件计划。根据照明系统的电源电压,计划人员应响应地遴选应用降压、升压或起落压开关拓扑。线性拓扑还有一个错误谬误即是不克不及升压。
  再次,计划人员有需要为智能照明系统遴选一个夹杂旌旗灯号操控器。HB-LED系统的年夜部门智能性与活络性都是由该器材完成的,它甚至还能处置HB-LED调光带来的某些技术困难。因此,遴选具有尽也许高的活络性与尽也许多的有效外设的夹杂旌旗灯号操控器是很主要的。一般环境下,一个8位MCU内核足认为年夜大都照明应用供给知足的处置才能,和知足的RAM或闪存。
  计划人员应特殊留意MCU器材上的数字与摹拟外设。关于数字外设,专用的硬件调光通道数目及其分辩率和完成分歧通信接口的才能都很是主要。调光通道用于驱动降压稳压器,软件计数器虽然也可用来完成这一功用,但软件调光通道会花费贵重的处置才能,使器材难以实行其它功用。
  智能照明系统一般最少选用8位分辩率以取得较高的色彩精度。假设系统质量要求极高,可选用高达16位的分辩率。但对年夜大都应用而言,8位分辩率就知足完成所需的精度,计划人员一般在低输出电平环境下颠末较高分辩率来完成较好的调光线性。一些计划人员则转而选用更智能的插值法来处置低电平环境下的输出改变问题。
  常见的通信接口包括SPI、UART和I2C,但不异主要的是夹杂旌旗灯号操控器也支持DALI、DMX512、射频通信甚至电力线通信等主要的照明接口。就摹拟外设而言,计划人员应留意ADC、PGA及比力器。ADC既可颠末读取温度传感器值的方式来支持温度反映,也可完成照明系统与周边情况的多种物理(摹拟)方面的智能互动。比力器和PGA可简化电源拓扑的实行方案。
  年夜大都MCU厂商城市在其操控器中部门或悉数地供给这些外设,但计划人员也许很快就会发现,随着系统要求的改变,所需的外设种类也会产生响应改变。要想让系统计划做到赐顾帮衬将来立异技术的前瞻性简直会晤对庞大应战,特殊是斟酌到HB-LED照明系统本身还是一种新闹事物。假设系统需求超高功用,那末FPGA会是一种较好的物超所值的处置方案。具有可设备外设与可路由I/O的操控器可供给最年夜的活络性。
  完成高质量的白光
  虽然每种智能白光和五彩缤纷光系统都带有上述组件,可是,根据白光和五彩缤纷光的系统在设备与计划方面有所分歧。生成白光的照明系统(即使其混有五彩缤纷光)需求斟酌色温与显色指数。
  色温即是指白光的色彩(与直觉分歧,暖白光的色温较低,而冷白光的色温较高),它一般与1931CIE比色图表上的普朗克轨道相干。色温描写的是规范黑体辐射源被加热到分歧温度时所产生的白光色彩(图2)。例如,加热到2500K的规范黑体辐射源被认为是较暖的白光;假设加热到7000K就认为是冷白光。HB-LED系统现实上不克不及直接完成合适普朗克轨道的色彩,相反其色温是颠末相干色温(CCT)测量的。
  显色指数是颠末比力主光源与参阅光源之间分歧色彩的呈现来描写白光质量的一个参数。浅近地讲,显色指数描写的是主光源以相对参阅光源1到100倍的强度照耀的物体概况的色彩保真度。颠末遴选得当的LED、应用得当数目的分歧LED通道和选用夹杂旌旗灯号处置器智能地操控这些通道可以或许调度色温与显色指数。仅包括白光LED的白光系统在色温方面活络性有限,但在系统的白光LED原生色温下,白光系统的显色指数CRI功用卓异。因为CRI在很年夜水平上取决于系统中的LED色谱,因此根据履历,LED(特殊是分歧色彩的LED)越多,CRI就越高。
  对五彩缤纷光系统而言,计划人员最关切的是色彩精度、色彩分辩率和可夹杂色彩的光谱。如前所述,在此中阐扬主要感化的一个要素是调光分辩率。最年夜化可夹杂色彩的光谱取决于系统中LED生成的色域,它与组成色域的分歧LED色彩的数目直接相干。LED数目与调光分辩率还会影响色彩分辩率。年夜大都五彩缤纷光系统起码有三个LED,通常是红绿蓝三原色。假设智能照明系统需求生成特定的方针色彩,那末计划人员可以或许颠末在1931CIE比色图表上建造LED并简单地毗连建造点以查询拜访色域来判定所选LED是不是能夹杂该种色彩。假设色域不袒护方针色彩,那末计划人员可增添新的LED色彩,然后颠末扩大色域来包括这类可夹杂的色彩(图3)。
  计划应战
  如前所述,白光和五彩缤纷光智能照明系统可以或许获益于应用三个或更多LED,可是除在光学技术和散热功用方面面临很多应战外,在算法上也会越发复杂。一个较着的应战即是怎样供给达到要求数目且具有活络调光分辩率的硬件调光通道。应用四个或更多LED的系统也需求更具缔造性的算法来调度色温、夹杂色彩或提高显色指数CRI。
  较着,智能照明系统需求颠末某种方式治理散热与器材分选。LED不颠末辐射散热,而是借助于二极管的结点来传导热量。事实上,随着LED温度的升高,某些LED的流明输出会降落(好比红光就会遭到严重影响),甚至光输出波长也会产生偏移。因此,很是主要的一点是要从LED底座尽也许多地传导出热量。
  好的散热计划、年夜量的空气勾当及主动制冷关于处置散热问题是个不错的初步。不外,上述法子并不是总能确保取得可预期、可测量的感化。热量在系统中老是存在的,而色彩精度会受温度的影响。引入温度传感器有助于将色彩精度对峙在的程度。关于需求完成高色彩精度的系统来讲,这个额外值是一般性的要求。用于核算五彩缤纷光调光值的算法的一个输入参数是光通量输出。颠末保留照明系统中温度的分段线性近似值和LED的光通量曲线,夹杂旌旗灯号操控器就可以够颠末得当地改变每一个LED的输出巨细来对峙色彩的精度。
  器材分选的缘由是,HB-LED是固态器材,选用当前建造工艺时在光通量输出、波长和正向电压方面有改变。因为光通量输出在核算夹杂色彩中很是主要,因此有需要要斟酌到这个值的改变。但假设系统对色彩质量要求不高,则没必要斟酌。
  对存眷色彩质量的计划人员来讲,他们可采办某些更珍贵的特殊LED(售价会超出跨越15%到20%),也可颠末夹杂旌旗灯号操控器的可编程性进行填补。计划人员可以或许输入器材分选表,这类表存储了系统中的LED也许的分选特点。如许,在建造阶段拿到现实LED时,就可以够用现实分档代码更新夹杂旌旗灯号操控器,并做出响应的抵偿。
  很多人发现,固态照明技术计划需求综合具有光学、机械和电气计划履历,而很少人有如许的本领,因此新的复杂技术困难不竭呈现。特殊是此刻计划人员有需要应用夹杂旌旗灯号操控器,因此还有需要把握嵌入式计划技术。走运的是,此刻的工具可以或许供给可视化的计划情况,毋需编写代码就可以知足HB-LED智能照明系统的计划需求,计划人员还能利用C言语等传统言语编程。不管怎样,超卓的开辟工具、参阅计划和项目实例都长短常主要的。
  因此计划人员在阐扬HB-LED的智能、活络性及其环保优势的同时面临着很多应战。颠末智能照明计划法子,计划人员可经济有用地削减或消弭年夜大都此类问题。
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