LED光源的光譜調諧詳解

假如讓消費者來描述完美的光源特性，那麼你可能會在他們的描述中聽到需要能量最低、光輸出和顏色可調、使用時間很長等等各種各樣的理想特性。最低輸入能量是指輸入功率高效地轉換為流明輸出，被稱為功效；調節光輸出與減弱光亮度的調光有關，或者可以增加照明設備的顏色調節，以便模擬白天相對夜晚的狀況；並且通過調節流過LED的偏置電流，可以在較長的使用壽命期間維持光輸出。

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白熾燈能效低且使用壽命也較短；鈉燈提供的顏色選擇很少並且使用壽命短；螢光燈在可調光的選擇選擇較少，使用壽命也短。高亮度LED則聲稱具有良好的能效、較長的使用壽命、易於選擇顏色與調光控制且無紫外（UV）射線。得益于于控制裝置的智能設計或LED驅動電子器件，這些聲稱的優點現在已獲實現。智能LED驅動器可以在使用期內針對亮度衰減進行調節，提供驅動特性來調節顏色，並替代獲得所需顏色和亮度的LED分選（binning）：通過針對系統中不同LED使用光譜調諧，來獲得所需的顏色和亮度。

光譜調諧對比分選

光譜調諧混合數種LED的光譜能量分布，例如適當地混合紅光、綠光、和藍光LED可產生白光。此RGB組合還用於產生幾乎所有顏色的光。如果LED驅動器不是設計用於調節一組不同的LED，那麼設計人員必須從分選過的LED中選擇以便產生特定的顏色。分選是製造商根據發光流明和顏色將LED分類的過程，圖1的例子顯示了一組行業標準的LED 「分類標準」。

圖1：在色度圖上的LED分類標準。

分類由色度圖上標繪的矩形區域顯示。一組包含在同一類的LED的將在顏色和亮度特性方面相近。然而，在包含許多照明設備的大型辦公室或工廠環境中，不同類可能仍然會導致不均勻的光色，這在一組大型照明設備中是很明顯的。經分選的LED設計不會提供改變照明設備顏色的方法；而一組不同顏色的LED使用反饋來調諧系統中不同LED的光譜特性，就能夠在辦公室環境中建立補償照明系統，從而令整個空間的光線均勻。光譜調諧還可以補償其它影響，例如窗口朝外的房間邊上的自然光或反射進房間的走廊照明。

LED的另一個影響是色偏，源自LED正向電流的變化。圖2顯示了一組業內LED顏色隨正向電流變化的曲線。

圖2：按應用分類的LED燈單元。

LED驅動器可以採用嚴格的恆定電流（constant current， CC）輸出容差設計，然而，收緊CC容差將增加LED驅動器的成本。由於正向電流經過一組LED，故一個成本較低的解決方案是設計人員使用反饋系統來調節LED色偏，通過反饋來補償顏色變化。

分選LED通常在製造方面帶來影響，導致LED採購成本增加。正因為LED分選設置是特定的，一些LED驅動器可能仍然不能匹配眾多分類的LED應用的正向偏置電流設置。此外，溫度效應和壽命退化影響都會引起照明設備顏色的變化。反饋在光譜調諧中的應用

下文將提出一種自動調節顏色和亮度的照明設備，來說明可以抵消系統變化影響的反饋控制方案。色彩傳感器和微控制器用於處理傳感器輸入。例如，色彩傳感器使用光電二極體，採用non-organic三路濾色器，在溫度和老化變化方面提供出色的穩定性和極低漂移，且濾色器可設計用於實施人眼的光譜敏感曲線（CIE1931）。

閉合環路光譜調諧光源的原理圖如圖3所示。

圖3：光譜調諧光源。

控制迴路如圖所示採用了微控制器。控制迴路通過傳感器來測量亮度和顏色，並使用PWM信號來調節LED燈串中的電流。採用PWM輸入信號，FAN7346能夠控制單個LED串中的電流。電源可以是功率因數校正（power factor correction）前級，後接LLC DC/DC次級，以便為多個LED燈串供電，如圖4。電源也可以是一個現有的設計，採用FAN7346來控制對電源的反饋。替代設計可以使用三個功率轉換器（30W/10W/10W）組成，各自控制每組LED串，使用白光、綠光和琥珀光生成一個以白光為基礎的調諧系統、或使用帶有相同電源的三種燈串來「混合」紅光、綠光和藍光三種LED燈串，實現更寬泛的顏色調諧範圍。LED顏色無需進行分選；可選擇具有照明應用所需性能的低成本LED。

圖4：光譜調諧光源用電源。