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作者：飛兆半導體公司Brian Johnson 假如讓消費者來描述完美的光源特性，那么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；并且通過調節流過LED的偏置電流，可以在較長的使用壽命期間維持光輸出。 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并且使用壽命短；熒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、易于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，并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組合還用于產生幾乎所有顏色的光。如果LED驅動器不是設計用于調節一組不同的LED，那么設計人員必須從分選過的LED中選擇以便產生特定的顏色。分選是制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驅動器可以采用嚴格的恒定電流(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。由于正向電流經過一組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通常在制造方面帶來影響，導致LED采購成本增加。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于處理傳感器輸入。例如，色彩傳感器使用光電二極管，采用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，且濾色器可設計用于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。 控制回路如圖所示采用了微控制器。控制回路通過傳感器來測量亮度和顏色，并使用PWM信號來調節LED燈串中的電流。采用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，后接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，采用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范圍。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。 系統實例 這里建立了一個辦公室環境中白光照明調諧的系統實例，三個反激式PFC電源以并聯的方式運行，輸出功率高達30W的主電源驅動主白光LED燈串，兩個附加電源則各自提供高達10W的功率，用于包含琥珀光和綠光LED的LED燈串，這提供了50W的總電源。圖5顯示了在全功率下的光源設計。色彩傳感器位于光源陣列的中部，正面朝下，以實現光色和光強度的正確測量。
圖5：滿功率下的光譜調諧光源。 測試人員看不出顏色或亮度的差異。圖6顯示光源漸暗。要注意的是因為處于高環境光照條件下，例如來自窗戶的太陽光，所以某些光源實際上被關閉了。
圖6：光譜調諧光源亮度減低。 本文結論 由實例可見，使用光譜調諧的LED系統在辦公室或工廠環境中提供了一致的顏色特性。光譜調諧允許太陽光或其它可能影響理想亮度和顏色控制的空間的光源進行顏色補償，反饋系統還可以彌補與LED壽命和色偏相關的老化或漂移的影響。因為光譜調諧反饋可用于控制顏色，這也消除了嚴格分選LED的成本影響。上文所提實例的其它優勢還包括校準、實施預先保護特性，并設置安全光照條件來平衡光輸出與來自備用電池的對所需脫險通道進行照明所用的電能。瞄準特定設備對比控制整個系統，可以通過無線接口來遠程控制調光。 |
