高性能LED驅(qū)動器顏色偏移控制與壽命匹配技術(shù)的研究

高性能LED驅(qū)動器顏色偏移

控制與壽命匹配技術(shù)的研究報(bào)告人：孫耀杰

博士副教授上海照明學(xué)會學(xué)術(shù)委員會委員中國電源學(xué)會理事/學(xué)術(shù)委員會委員世紀(jì)電源網(wǎng)6月18日上海電源技術(shù)交流會主要研究人員：宋杰瓊林燕丹童立青

復(fù)旦大學(xué)電光源系，復(fù)旦大學(xué)電光源研究所教育部先進(jìn)照明技術(shù)工程中心第二屆中國電源技術(shù)年會全球變暖到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降

40％——

45％持續(xù)嚴(yán)重干旱，糧食面臨短缺研究背景介紹1波音787中的LED照明應(yīng)用日益增加的高端應(yīng)用領(lǐng)域燈具整體性能的快速提高從視覺工效學(xué)角度冬夜有數(shù)據(jù)表明：在寒冷的環(huán)境下，人們更喜歡低色溫的光；在炎熱的環(huán)境下，則更傾向于接受色溫高的光。8高顯色性的需求機(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LED燈具的研究高性能LED驅(qū)動顏色控制2高性能電路拓?fù)?控制系統(tǒng)LED驅(qū)動設(shè)計(jì)要素符合LED穩(wěn)定工作的電參數(shù)工作環(huán)境與使用場合的要求視覺科學(xué)、智能控制的要求先進(jìn)的LED驅(qū)動器涉及領(lǐng)域電力電子技術(shù)視覺工效燈具、熱與長壽命生態(tài)設(shè)計(jì)功能安全常用LED驅(qū)動方案LED驅(qū)動電路電阻限流型電容降壓型線性調(diào)壓型開關(guān)電容型PWM開關(guān)型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)，這對電流控制器的設(shè)計(jì)提出了一定的要求，同時雙環(huán)的存在有兩個補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)需要設(shè)計(jì)，一是電流環(huán)，另一個是包含等效功率級的電壓環(huán)。優(yōu)點(diǎn)：雙環(huán)控制的，平均電流模式不易受干擾，對電流的控制精度也較高控制方法的優(yōu)化與性能提升拓?fù)涞膬?yōu)化與性能提升元件的優(yōu)化與性能提升元件的優(yōu)化與性能提升借鑒電力電子技術(shù)的成果對傳統(tǒng)直流驅(qū)動器的改進(jìn)，提高電路效率傳統(tǒng)AC/DC驅(qū)動的缺點(diǎn)：諧波問題出現(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)動器

前級為boostPFC電路獲得高的功率因數(shù)，后級采用半橋串聯(lián)諧振電路設(shè)計(jì)。2023/2/5高性能LED驅(qū)動關(guān)鍵技術(shù)3并網(wǎng)逆變器關(guān)鍵技術(shù)視覺工效與混光控制2023/2/519保證舒適度合理選擇色溫和照度*ByKruithof2010-11-10視網(wǎng)膜特化神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（ipRGC）的發(fā)現(xiàn)光的視覺與非視覺生物效應(yīng)2010-11-10Page21照明對人體周期節(jié)律影響光的非視覺生物效應(yīng)的意義為照明科學(xué)提供了新的研究內(nèi)容，提出了新要求單一的視覺效果評價(jià)——視覺效果和非視覺效果的雙重評價(jià)以人為本，健康照明光的非視覺生物效應(yīng)2010-11-10Page23如何評估？基于人體光節(jié)律的照明控制研究自然光光譜變化分析2010-11-10不同光源具有不同的光譜分布P’（λ）2010-11-10Page26不同色溫的LED具有不同的光譜分布P’(λ)控制策略視覺作用與控制策略-發(fā)揮LED的作用2023/2/528通過LED實(shí)現(xiàn)科學(xué)的動態(tài)調(diào)光RGB調(diào)光和智能控制實(shí)現(xiàn)場景的照明模式切換光學(xué)傳感器照明智能控制系統(tǒng)LED驅(qū)動混光LED和合理的光學(xué)設(shè)計(jì)色度學(xué)對顏色偏移

研究表明，LED振幅和波長會引起人眼可覺察的顏色偏移對于部分LED，波長在±1nm的變化范圍內(nèi)就可以使色坐標(biāo)偏移超過3階麥克亞當(dāng)橢圓（人眼可辨色差的閾值）的范圍。7-stepMacAdamEllipsesplottedonthe1931CIEcolorspaceWhitecolorvariationat3200K:7-step1/16thANSIbinningVision:EliminateWhiteBinning光品質(zhì)在設(shè)計(jì)光色補(bǔ)償驅(qū)動時的注意事項(xiàng)不同驅(qū)動方式應(yīng)盡量選擇PWM方式，可以減少LED顏色偏移，也可以降低對顏色偏移進(jìn)行補(bǔ)償控制的難度。PWM驅(qū)動優(yōu)于恒流驅(qū)動不同發(fā)光芯片隨電流變化峰值波長的偏移方向不同注意燈具所使用的LED光源間的區(qū)別，有針對性的進(jìn)行反饋控制的設(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)。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)燈具友好匹配技術(shù)2023/2/5從功能安全方面來LED驅(qū)動的可靠性電擊和能量危險(xiǎn)功能安全保護(hù)機(jī)械危險(xiǎn)著火危險(xiǎn)聲壓危險(xiǎn)液體危險(xiǎn)化學(xué)危險(xiǎn)物理要求電氣隔離觸摸防護(hù)安裝維護(hù)防止拋射著火防護(hù)危險(xiǎn)噪聲限制電源限制零件要求配線要求材料要求變形要求2023/2/5LED驅(qū)動器復(fù)雜程度在上升應(yīng)用領(lǐng)域?qū)δ馨踩笤黾覮ED燈具壽命的挑戰(zhàn)壽命5萬（小時）1萬2萬3萬4萬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)動失效而引起的3810,000～24,00020,00050,0005,000大功率LED驅(qū)動的燈具溫度補(bǔ)償LED降額曲線設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：目前大多數(shù)LED的驅(qū)動電流設(shè)計(jì)為不隨溫度變化的恒流源，因此，當(dāng)LED周圍溫度高于安全溫度點(diǎn)時，工作電流就不在安全區(qū)內(nèi)，這將導(dǎo)致LED的壽命遠(yuǎn)低于規(guī)格書的數(shù)值甚至直接損壞。溫度補(bǔ)償原理：使LED工