高性能LED驅(qū)動(dòng)器顏色偏移控制與壽命匹配技術(shù)的研究

1、高性能高性能LEDLED驅(qū)動(dòng)器顏色偏移驅(qū)動(dòng)器顏色偏移控制與壽命匹配技術(shù)的研究控制與壽命匹配技術(shù)的研究報(bào)告人：報(bào)告人：孫耀杰孫耀杰 博博 士士 副教授副教授 上海照明學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)委員會(huì)委員上海照明學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)委員會(huì)委員中國(guó)電源學(xué)會(huì)理事中國(guó)電源學(xué)會(huì)理事/學(xué)術(shù)委員會(huì)委員學(xué)術(shù)委員會(huì)委員世紀(jì)電源網(wǎng)世紀(jì)電源網(wǎng)6月月18日上海電源技術(shù)交流會(huì)日上海電源技術(shù)交流會(huì)主要研究人員：宋杰瓊主要研究人員：宋杰瓊 林燕丹林燕丹 童立青童立青 復(fù)旦大學(xué)電光源系，復(fù)旦大學(xué)電光源研究所復(fù)旦大學(xué)電光源系，復(fù)旦大學(xué)電光源研究所教育部先進(jìn)照明技術(shù)工程中心教育部先進(jìn)照明技術(shù)工程中心第二屆中國(guó)電源技術(shù)年會(huì)第二屆中國(guó)電源技術(shù)年會(huì)2022-5-23

2、復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 全球變暖到2020年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降 40 452022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 持續(xù)嚴(yán)重干旱，糧食面臨短缺持續(xù)嚴(yán)重干旱，糧食面臨短缺2022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 研究背景介紹研究背景介紹12022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 波音波音787787中的中的LEDLED照明應(yīng)用照明應(yīng)用2022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 日益增加的高端應(yīng)用領(lǐng)域日益增加的高端應(yīng)用領(lǐng)域2022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 燈具整體性能的快速提高燈具整體性能的快速提高2022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 從視覺(jué)工效學(xué)角度冬夜有數(shù)據(jù)表明：有數(shù)據(jù)表明：在寒冷的環(huán)境下，人在寒冷

3、的環(huán)境下，人們更喜歡低色溫的光；們更喜歡低色溫的光；在炎熱的環(huán)境下，則在炎熱的環(huán)境下，則更傾向于接受色溫高更傾向于接受色溫高的光。的光。82022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 高顯色性的需求高顯色性的需求2022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 機(jī)外燈具 機(jī)內(nèi)燈具CPAs上海市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)項(xiàng)目：商用飛機(jī)機(jī)內(nèi)、機(jī)外核心照明商用飛機(jī)機(jī)內(nèi)、機(jī)外核心照明LEDLED燈具的研究燈具的研究2022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 高性能高性能LEDLED驅(qū)動(dòng)顏色控制驅(qū)動(dòng)顏色控制2高性能電路拓?fù)涓咝阅茈娐吠負(fù)? /控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)2022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 LEDLED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)要素驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)要素先進(jìn)的先進(jìn)的L

4、EDLED驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器視覺(jué)科學(xué)、視覺(jué)科學(xué)、智能控制智能控制的要求的要求工作環(huán)境工作環(huán)境與使用場(chǎng)與使用場(chǎng)合的要求合的要求符合符合LED穩(wěn)定工作穩(wěn)定工作的電參數(shù)的電參數(shù)電力電子技術(shù)視覺(jué)工效燈具、熱與長(zhǎng)壽命生態(tài)設(shè)計(jì)功能安全涉及領(lǐng)域2022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 常用常用LED驅(qū)動(dòng)方案驅(qū)動(dòng)方案LED驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路電阻限流型電容降壓型線性調(diào)壓型開(kāi)關(guān)電容型PWM開(kāi)關(guān)型2022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 平均電流模式為了避免發(fā)生阻塞現(xiàn)象，必須滿足斜坡匹配標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)電流平均電流模式為了避免發(fā)生阻塞現(xiàn)象，必須滿足斜坡匹配標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)電流控制器的設(shè)計(jì)提出了一定的要求，同時(shí)雙環(huán)的存在有兩個(gè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)需要設(shè)控制器的

5、設(shè)計(jì)提出了一定的要求，同時(shí)雙環(huán)的存在有兩個(gè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)需要設(shè)計(jì)，一是電流環(huán)，另一個(gè)是包含等效功率級(jí)的電壓環(huán)。計(jì)，一是電流環(huán)，另一個(gè)是包含等效功率級(jí)的電壓環(huán)。優(yōu)點(diǎn)：雙環(huán)控制的，平均電流模式不易受干擾，對(duì)電流的控制精度也較高控制方法的優(yōu)化與性能提升控制方法的優(yōu)化與性能提升2022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 91929394959697Input Voltage (V) Efficiency (%)LLC-SRC94.695.496.1LLC-SRC91.893.294.29595.2Asy. H/B95.194.493.5200250300350400拓?fù)涞膬?yōu)化與性能提升拓?fù)涞膬?yōu)化與性能提升2022-

6、5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 元件的優(yōu)化與性能提升元件的優(yōu)化與性能提升2022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 元件的優(yōu)化與性能提升元件的優(yōu)化與性能提升2022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 借鑒電力電子技術(shù)的成果借鑒電力電子技術(shù)的成果n對(duì)傳統(tǒng)直流驅(qū)動(dòng)器的改進(jìn)，提高電路效率傳統(tǒng)AC/DC驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)：諧波問(wèn)題出現(xiàn)，電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，增加一部分能量損失改進(jìn)方式：交流驅(qū)動(dòng)器前級(jí)為boost PFC電路獲得高的功率因數(shù)，后級(jí)采用半橋串聯(lián)諧振電路設(shè)計(jì)。2022-5-232022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 高性能高性能LEDLED驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)3并網(wǎng)逆變器關(guān)鍵技術(shù)并網(wǎng)逆變器關(guān)鍵技術(shù)視覺(jué)工效與混光控制視覺(jué)工效與混光

7、控制2022-5-23192022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 保證舒適度合理選擇色溫和照度* *By By KruithofKruithof2010-11-102022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 視網(wǎng)膜特化神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（ipRGC）的發(fā)現(xiàn)光的視覺(jué)與非視覺(jué)生物效應(yīng)光的視覺(jué)與非視覺(jué)生物效應(yīng)2010-11-10Page 212022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 光的非視覺(jué)生物效應(yīng)的意義光的非視覺(jué)生物效應(yīng)的意義為照明科學(xué)提為照明科學(xué)提供了新的研究供了新的研究?jī)?nèi)容，提出了內(nèi)容，提出了新要求新要求單一的視覺(jué)效單一的視覺(jué)效果評(píng)價(jià)果評(píng)價(jià)視視覺(jué)效果和非視覺(jué)效果和非視覺(jué)效果的雙重覺(jué)效果的雙重評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)以人為本，健以人為

8、本，健康照明康照明2022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 光的非視覺(jué)生物效應(yīng)光的非視覺(jué)生物效應(yīng)2010-11-10Page 232022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 如何評(píng)估？2022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 基于人體光節(jié)律的照明控制研究自然光光譜變化分析自然光光譜變化分析2010-11-102022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 不同光源具有不同的光譜分布P（）2010-11-10Page 262022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 不同色溫的LED具有不同的光譜分布P()2022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 控制策略視覺(jué)作用與控制策略視覺(jué)作用與控制策略- -發(fā)揮發(fā)揮LEDLED的作用的作用2022-5-

9、23282022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 通過(guò)通過(guò)LEDLED實(shí)現(xiàn)科學(xué)的動(dòng)態(tài)調(diào)光實(shí)現(xiàn)科學(xué)的動(dòng)態(tài)調(diào)光RGBRGB調(diào)光和智能控制實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的照明模式切換調(diào)光和智能控制實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的照明模式切換光學(xué)傳感器光學(xué)傳感器照明智能控照明智能控制系統(tǒng)制系統(tǒng)LEDLED驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)混光混光LEDLED和和合理的光學(xué)合理的光學(xué)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)2022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 色度學(xué)對(duì)顏色偏移色度學(xué)對(duì)顏色偏移研究表明，LED振幅和波長(zhǎng)會(huì)引起人眼可覺(jué)察的顏色偏移對(duì)于部分LED，波長(zhǎng)在1nm的變化范圍內(nèi)就可以使色坐標(biāo)偏移超過(guò)3階麥克亞當(dāng)橢圓（人眼可辨色差的閾值）的范圍。7-step MacAdam Ellipses plotted

10、on the 1931 CIE color spaceWhite color variation at 3200 K: 7-step2022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 1/16th ANSI binningVision : Eliminate White Binning 光品質(zhì)光品質(zhì)2022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 在設(shè)計(jì)光色補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)時(shí)的注意事項(xiàng)在設(shè)計(jì)光色補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)時(shí)的注意事項(xiàng)n不同驅(qū)動(dòng)方式應(yīng)盡量選擇PWM方式，可以減少LED顏色偏移，也可以降低對(duì)顏色偏移進(jìn)行補(bǔ)償控制的難度。PWM驅(qū)動(dòng)優(yōu)于恒流驅(qū)動(dòng)n不同發(fā)光芯片隨電流變化峰值波長(zhǎng)的偏移方向不同注意燈具所使用的LED光源間的區(qū)別，有針對(duì)性的進(jìn)行反

11、饋控制的設(shè)計(jì)。RGB白光LED顏色偏移現(xiàn)象比PC白光LED嚴(yán)重給RGB混光系統(tǒng)的光色穩(wěn)定性控制提供了更加嚴(yán)酷的挑戰(zhàn)。2022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 功能安全和壽命匹配性設(shè)計(jì)功能安全和壽命匹配性設(shè)計(jì)4并網(wǎng)逆變器關(guān)鍵技術(shù)并網(wǎng)逆變器關(guān)鍵技術(shù)燈具友好匹配技術(shù)燈具友好匹配技術(shù)2022-5-232022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 從功能安全方面來(lái)從功能安全方面來(lái)LEDLED驅(qū)動(dòng)的可靠性驅(qū)動(dòng)的可靠性電擊和能量危險(xiǎn)電擊和能量危險(xiǎn)功能安全功能安全保護(hù)保護(hù)機(jī)械危險(xiǎn)機(jī)械危險(xiǎn)著火危險(xiǎn)著火危險(xiǎn)聲壓危險(xiǎn)聲壓危險(xiǎn)液體危險(xiǎn)液體危險(xiǎn)化學(xué)危險(xiǎn)化學(xué)危險(xiǎn)物理要求物理要求電氣隔離電氣隔離觸摸防護(hù)觸摸防護(hù)安裝維護(hù)安裝維護(hù)防止拋射防止

12、拋射著火防護(hù)著火防護(hù)危險(xiǎn)噪聲限制危險(xiǎn)噪聲限制電源限制電源限制零件要求零件要求配線要求配線要求材料要求材料要求變形要求變形要求2022-5-232022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 LEDLED驅(qū)動(dòng)器復(fù)雜程度在上升驅(qū)動(dòng)器復(fù)雜程度在上升2022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 應(yīng)用領(lǐng)域?qū)δ馨踩笤黾討?yīng)用領(lǐng)域?qū)δ馨踩笤黾?022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 2022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 LEDLED燈具壽命的挑戰(zhàn)燈具壽命的挑戰(zhàn)壽命5萬(wàn)（小時(shí)）1萬(wàn)2萬(wàn)3萬(wàn)4萬(wàn)LED熒光燈HID電解電容壽命據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，戶外大功率LED照明90%以上的低于預(yù)期壽命的失效都是由驅(qū)動(dòng)失效而引起的3810,00024,00020,00050,0005,0002022-5-23復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 大功率大功率LEDLED驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)的燈具燈具溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償LED 降額曲線 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：目前大多數(shù)LED的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)計(jì)為不隨