假如讓消費(fèi)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(diào)、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(zhuǎn)換為流明輸出，被稱為功效；調(diào)節(jié)光輸出與減弱光亮度的調(diào)光有關(guān)，或者可以增加照明設(shè)備的顏色調(diào)節(jié)，以便模擬白天相對夜晚的狀況；并且通過調(diào)節(jié)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(diào)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(diào)光控制且無紫外（UV）射線。得益于于控制裝置的智能設(shè)計或LED驅(qū)動電子器件，這些聲稱的優(yōu)點現(xiàn)在已獲實現(xiàn)。智能LED驅(qū)動器可以在使用期內(nèi)針對亮度衰減進(jìn)行調(diào)節(jié)，提供驅(qū)動特性來調(diào)節(jié)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(tǒng)中不同LED使用光譜調(diào)諧，來獲得所需的顏色和亮度。

光譜調(diào)諧對比分選

光譜調(diào)諧混合數(shù)種LED的光譜能量分布，例如適當(dāng)?shù)鼗旌霞t光、綠光、和藍(lán)光LED可產(chǎn)生白光。此RGB組合還用于產(chǎn)生幾乎所有顏色的光。如果LED驅(qū)動器不是設(shè)計用于調(diào)節(jié)一組不同的LED，那么設(shè)計人員必須從分選過的LED中選擇以便產(chǎn)生特定的顏色。分選是制造商根據(jù)發(fā)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(yè)標(biāo)準(zhǔn)的LED “分類標(biāo)準(zhǔn)”。

圖1：在色度圖上的LED分類標(biāo)準(zhǔn)。

分類由色度圖上標(biāo)繪的矩形區(qū)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(shè)備的大型辦公室或工廠環(huán)境中，不同類可能仍然會導(dǎo)致不均勻的光色，這在一組大型照明設(shè)備中是很明顯的。經(jīng)分選的LED設(shè)計不會提供改變照明設(shè)備顏色的方法；而一組不同顏色的LED使用反饋來調(diào)諧系統(tǒng)中不同LED的光譜特性，就能夠在辦公室環(huán)境中建立補(bǔ)償照明系統(tǒng)，從而令整個空間的光線均勻。光譜調(diào)諧還可以補(bǔ)償其它影響，例如窗口朝外的房間邊上的自然光或反射進(jìn)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(yè)內(nèi)LED顏色隨正向電流變化的曲線。

圖2：按應(yīng)用分類的LED燈單元。

LED驅(qū)動器可以采用嚴(yán)格的恒定電流（constant current， CC）輸出容差設(shè)計，然而，收緊CC容差將增加LED驅(qū)動器的成本。由于正向電流經(jīng)過一組LED，故一個成本較低的解決方案是設(shè)計人員使用反饋系統(tǒng)來調(diào)節(jié)LED色偏，通過反饋來補(bǔ)償顏色變化。

分選LED通常在制造方面帶來影響，導(dǎo)致LED采購成本增加。正因為LED分選設(shè)置是特定的，一些LED驅(qū)動器可能仍然不能匹配眾多分類的LED應(yīng)用的正向偏置電流設(shè)置。此外，溫度效應(yīng)和壽命退化影響都會引起照明設(shè)備顏色的變化。

反饋在光譜調(diào)諧中的應(yīng)用

下文將提出一種自動調(diào)節(jié)顏色和亮度的照明設(shè)備，來說明可以抵消系統(tǒng)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(wěn)定性和極低漂移，且濾色器可設(shè)計用于實施人眼的光譜敏感曲線（CIE1931）。

閉合環(huán)路光譜調(diào)諧光源的原理圖如圖3所示。

圖3：光譜調(diào)諧光源。

控制回路如圖所示采用了微控制器?？刂苹芈吠ㄟ^傳感器來測量亮度和顏色，并使用PWM信號來調(diào)節(jié)LED燈串中的電流。采用PWM輸入信號，F(xiàn)AN7346能夠控制單個LED串中的電流。電源可以是功率因數(shù)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(xiàn)有的設(shè)計，采用FAN7346來控制對電源的反饋。替代設(shè)計可以使用三個功率轉(zhuǎn)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(chǔ)的調(diào)諧系統(tǒng)、或使用帶有相同電源的三種燈串來“混合”紅光、綠光和藍(lán)光三種LED燈串，實現(xiàn)更寬泛的顏色調(diào)諧范圍。LED顏色無需進(jìn)行分選；可選擇具有照明應(yīng)用所需性能的低成本LED。

圖4：光譜調(diào)諧光源用電源。

系統(tǒng)實例

這里建立了一個辦公室環(huán)境中白光照明調(diào)諧的系統(tǒng)實例，三個反激式PFC電源以并聯(lián)的方式運(yùn)行，輸出功率高達(dá)30W的主電源驅(qū)動主白光LED燈串，兩個附加電源則各自提供高達(dá)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(shè)計。色彩傳感器位于光源陣列的中部，正面朝下，以實現(xiàn)光色和光強(qiáng)度的正確測量。

圖5：滿功率下的光譜調(diào)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(huán)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(guān)閉了。

圖6：光譜調(diào)諧光源亮度減低。

本文結(jié)論

由實例可見，使用光譜調(diào)諧的LED系統(tǒng)在辦公室或工廠環(huán)境中提供了一致的顏色特性。光譜調(diào)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(jìn)行顏色補(bǔ)償，反饋系統(tǒng)還可以彌補(bǔ)與LED壽命和色偏相關(guān)的老化或漂移的影響。因為光譜調(diào)諧反饋可用于控制顏色，這也消除了嚴(yán)格分選LED的成本影響。上文所提實例的其它優(yōu)勢還包括校準(zhǔn)、實施預(yù)先保護(hù)特性，并設(shè)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(jìn)行照明所用的電能。瞄準(zhǔn)特定設(shè)備對比控制整個系統(tǒng)，可以通過無線接口來遠(yuǎn)程控制調(diào)光。