白光及彩色光LED智能照明設(shè)計(jì)解析

　　對(duì)彩色光系統(tǒng)而言，設(shè)計(jì)人員最關(guān)心的是色彩精度、色彩分辨率以及可混合色彩的光譜。如前所述，在其中發(fā)揮重要作用的一個(gè)因素是調(diào)光分辨率。最大化可混合色彩的光譜取決于系統(tǒng)中LED生成的色域，它與構(gòu)成色域的不同LED色彩的數(shù)量直接相關(guān)。LED數(shù)量與調(diào)光分辨率還會(huì)影響色彩分辨率。大多數(shù)彩色光系統(tǒng)最少有三個(gè)LED，通常為紅綠藍(lán)三原色。如果智能照明系統(tǒng)需要生成特定的目標(biāo)色彩，那么設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)在1931 CIE比色圖表上繪制LED并簡(jiǎn)單地連接繪制點(diǎn)以觀察色域來(lái)判斷所選LED是否能混合該種顏色。如果色域不覆蓋目標(biāo)顏色，那么設(shè)計(jì)人員可添加新的LED色彩，從而通過(guò)擴(kuò)大色域來(lái)包含這種可混合的色彩(圖3)。

圖3：用4個(gè)LED擴(kuò)展色域的實(shí)例

　　設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

　　如前所述，白光和彩色光智能照明系統(tǒng)可以受益于使用三個(gè)或更多LED，但是除了在光學(xué)技術(shù)和散熱性能方面面臨諸多挑戰(zhàn)外，在算法上也會(huì)更加復(fù)雜。一個(gè)明顯的挑戰(zhàn)就是如何提供達(dá)到要求數(shù)量且具有靈活調(diào)光分辨率的硬件調(diào)光通道。使用四個(gè)或更多LED的系統(tǒng)也需要更具創(chuàng)造性的算法來(lái)調(diào)節(jié)色溫、混合色彩或提高顯色指數(shù)CRI。

　　顯然，智能照明系統(tǒng)需要通過(guò)某種方式管理散熱與器件分選。LED不通過(guò)輻射散熱，而是借助于二極管的結(jié)點(diǎn)來(lái)傳導(dǎo)熱量。事實(shí)上，隨著LED溫度的升高，某些LED的流明輸出會(huì)降低(比如紅光就會(huì)受到嚴(yán)重影響)，甚至光輸出波長(zhǎng)也會(huì)發(fā)生偏移。因此，非常重要的一點(diǎn)是要從LED底座盡可能多地傳導(dǎo)出熱量。

　　好的散熱設(shè)計(jì)、大量的空氣流動(dòng)及主動(dòng)制冷對(duì)于解決散熱問(wèn)題是個(gè)不錯(cuò)的開(kāi)端。不過(guò)，上述方法并非總能確保獲得可預(yù)期、可測(cè)量的效果。熱量在系統(tǒng)中總是存在的，而色彩精度會(huì)受溫度的影響。引入溫度傳感器有助于將色彩精度保持在的水平。對(duì)于需要實(shí)現(xiàn)高色彩精度的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這個(gè)額定值是一般性的要求。用于計(jì)算彩色光調(diào)光值的算法的一個(gè)輸入?yún)?shù)是光通量輸出。通過(guò)保存照明系統(tǒng)中溫度的分段線性近似值和LED的光通量曲線，混合信號(hào)控制器就可以通過(guò)適當(dāng)?shù)馗淖兠總€(gè)LED的輸出大小來(lái)保持色彩的精度。

　　器件分選的原因是，HB-LED是固態(tài)器件，采用當(dāng)前制造工藝時(shí)在光通量輸出、波長(zhǎng)和正向電壓方面有變化。由于光通量輸出在計(jì)算混合色彩中非常重要，因此必須要考慮到這個(gè)值的變化。但如果系統(tǒng)對(duì)色彩質(zhì)量要求不高，則不必考慮。　　　　

　　對(duì)關(guān)注色彩質(zhì)量的設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，他們可購(gòu)買(mǎi)某些更昂貴的特殊LED(售價(jià)會(huì)高出15%到20%)，也可通過(guò)混合信號(hào)控制器的可編程性進(jìn)行彌補(bǔ)。設(shè)計(jì)人員可以輸入器件分選表，這種表存儲(chǔ)了系統(tǒng)中的LED可能的分選特征。這樣，在制造階段拿到實(shí)際LED時(shí)，就可以用實(shí)際分檔代碼更新混合信號(hào)控制器，并做出相應(yīng)的補(bǔ)償。

　　許多人發(fā)現(xiàn)，固態(tài)照明技術(shù)設(shè)計(jì)需要綜合具備光學(xué)、機(jī)械和電氣設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，而很少人有這樣的本事，因此新的復(fù)雜技術(shù)難題不斷出現(xiàn)。特別是現(xiàn)在設(shè)計(jì)人員必須使用混合信號(hào)控制器，因此還必須掌握嵌入式設(shè)計(jì)技術(shù)。幸運(yùn)的是，現(xiàn)在的工具可以提供可視化的設(shè)計(jì)環(huán)境，毋需編寫(xiě)代碼就能滿足HB-LED智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，設(shè)計(jì)人員還能利用C語(yǔ)言等傳統(tǒng)語(yǔ)言編程。無(wú)論如何，出色的開(kāi)發(fā)工具、參考設(shè)計(jì)和項(xiàng)目實(shí)例都是非常重要的。

　　因此設(shè)計(jì)人員在發(fā)揮HB-LED的智能、靈活性及其環(huán)保優(yōu)勢(shì)的同時(shí)面臨著諸多挑戰(zhàn)。通過(guò)智能照明設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)人員可經(jīng)濟(jì)有效地減少或消除大多數(shù)此類問(wèn)題。