白光及彩色光LED智能照明设计解析

本文摘要:高亮度LED为灯光产业带给了持续的变革,它为还包括白光和彩色光设计在内的各种灯光系统减少了更加多的灵活性与智能化。这些灯光系统使设计人员既能动态控制色温,又能在白光应用于中维持低的显色指数(CRI)。此外,这些系统还能产生长范围的高精度彩色光谱。 尽管白光与彩色光看起来差异相当大,但大多数LED智能灯光应用于都是使用混合信号控制器、恒流驱动器和高亮度LED这些基本组件展开设计生产。

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高亮度LED为灯光产业带给了持续的变革,它为还包括白光和彩色光设计在内的各种灯光系统减少了更加多的灵活性与智能化。这些灯光系统使设计人员既能动态控制色温,又能在白光应用于中维持低的显色指数(CRI)。此外,这些系统还能产生长范围的高精度彩色光谱。

尽管白光与彩色光看起来差异相当大,但大多数LED智能灯光应用于都是使用混合信号控制器、恒流驱动器和高亮度LED这些基本组件展开设计生产。白光与彩色光设计中一般来说用于多个LED地下通道,因此所有LED设计方案都须要解决问题器件分选、温度效应、老化及整体色彩精度等问题。使用混合信号控制器不愧为一种强有力的有效地方法,既能智能地处置上述问题,又能保证构建高精度白光或彩色光。

对众多从传统灯光(白炽灯、荧光灯)设计改向LED灯光的设计人员来说,如何用好混合信号控制器已沦为一个极大的挑战。  本文将探究白光应用于与彩色光应用于设计之间的相同点与不同点、LED系统设计面对的挑战以及有助设计人员解决问题上述问题的功能强大的一些现成解决方案(有些甚至需要编码)。

  智能灯光  高亮度LED(HB-LED)代表着灯光技术的未来,而且近年来人们对HB-LED技术的注目程度也更加低。考虑到HB-LED性能(照度∕瓦特)的明显提升与成本(照度∕美元)急剧下降,人们这样做到就不足为奇了。此外,目前全球都在社会各界参与绿色行动,在此大环境下,HB-LED甚至对目前倍受青睐的高性价比但生态不过于友好关系的含汞荧光灯明确提出了强有力的挑战。

虽然HB-LED的高效率与环保优势是宣传重点,但智能灯光功能将沦为推展HB-LED技术更进一步发展的最重要力量。  智能灯光技术的应用于范围非常普遍,唯一有限的是我们的想象力。

本文将重点辩论智能灯光中的一个最重要应用领域调光功能。过去,调光主要是指调节光的构图,或通过光学器件操纵光的衍射图案。就HB-LED而言,调光意味著对光的有所不同特性展开操纵。

首先,设计人员必需考虑到要分解何种类型的光:白光,彩色光,还是兼而有之。如是白光,设计人员可调节色温与显色指数(CRI)。如是彩色光,设计人员可以根据系统中所用的LED彩色地下通道的数量,混合来自同一相同LED地下通道组的整个光谱的颜色。

通过混合彩色光,还可在同一灯光装置上分解白光和彩色光。这种灵活性显然不会造成复杂性的减少,并且要在每种系统之间做出权衡。幸运地的是,尽管白光系统和彩色光系统看起来截然不同,但实质上它们的设计方法基本上是一样的。  HB-LED系统设计  每种智能灯光系统都包括下列基本建构模块(图1):HB-LED,某种类型的电源流形(本文仅有辩论电源模式稳压器)和混合信号控制器。

设计人员首先面对的挑战就是自由选择LED。LED的主要供应商还包括Lumileds、Cree、Nichia和Osram等,他们的产品在额定功率和电流、衍射图案、色彩、效率、外形尺寸、风扇特性、档次(bin)以及每个PCB的LED数量方面各有不同。这些参数对白光与彩色光来说都是完全相同的,但白光还要考虑到色温与显色指数CRI。

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    图1:智能灯光系统框图  高级工业设计的容许和市场需求一般来说有助增大对大多数LED特征参数的自由选择范围。多数情况下,设计人员不应侧重考虑到LED的风扇特性,对小型化器件或占用空间有限且无法用于大型散热器的应用于尤应如此。某种程度,光学技术有助减低衍射图案不佳的问题,而混合信号控制器则能大幅度增加温度与器件分选的局限。  首先不应具体究竟该搭配分立元件还是集成电路,这是增大限于智能灯光系统的电源流形类型的第一步。

分立式实施方案可回声到特定的系统,所以其成本更加较低、更加灵活性,但闲置较小的电路板空间且必须专业的设计技术。电源管理IC获取了一种灵活的解决问题方法,虽然成本较高,但闲置的电路板空间较小,且更加更容易设计。  其次,根据灯光系统对效率的有所不同拒绝,设计人员需在线性或电源流形之间作出自由选择。

效率的重要性反映在两个方面。首先,功率切换效率越高,功率浪费就越多。第二,增加功率浪费意味著系统产生的热量也较少。

线性稳压器比较简单,成本也较低,但一般来说效率较好。  而电源稳压器由于必须电感器因而更加简单,一般来说也更加便宜,但其效率较高,不管稳压器的输入输出电压如何,均可获得较高的效率。线性稳压器与电源稳压器既可使用单片IC设计,也可使用分立元件设计。根据灯光系统的电源电压,设计人员不应适当地自由选择用于升压、降压或乘载力电源流形。

线性流形还有一个缺点就是无法降压。  再度,设计人员必需为智能灯光系统自由选择一个混合信号控制器。HB-LED系统的大部分智能性与灵活性都是由该器件构建的,它甚至还能解决问题HB-LED调光带给的某些技术难题。因此,自由选择具备尽量低的灵活性与尽量多的简单外设的混合信号控制器是很最重要的。

一般来说情况下,一个8位MCU内核不足以为大多数灯光应用于获取充足的处置能力,以及充足的RAM或存储器。  设计人员不应特别注意MCU器件上的数字与仿真外设。对于数字外设,专用的硬件调光地下通道数量及其分辨率和构建有所不同通信接口的能力都十分最重要。

调光地下通道用作驱动升压稳压器,软件计数器虽然也能用来构建这一功能,但软件调光地下通道不会消耗宝贵的处置能力,使器件无法继续执行其它功能。  智能灯光系统一般来说最少使用8位分辨率以获得较高的色彩精度。如果系统质量拒绝极高,可使用高达16位的分辨率。

但对大多数应用于而言,8位分辨率就充足构建所需的精度,设计人员一般来说在较低输入电平情况下通过较高分辨率来构建较好的调光线性。一些设计人员则转而使用更加智能的插值法来解决问题低电平情况下的输入变化问题。


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