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        基于PWM的三基色LED光源調(diào)光調(diào)色的控制方法

        2021-07-08 09:46:42陳鄧偉
        數(shù)碼影像時代 2021年7期
        關(guān)鍵詞:基色光通量調(diào)色

        在多基色LED光源的應用背景下,為了實現(xiàn)調(diào)光調(diào)色的科學控制,現(xiàn)提出一種基于PWM(脈沖寬度調(diào)制)技術(shù)的基色LED光源調(diào)光調(diào)色方式,在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建出以下三種函數(shù)關(guān)系,分別是色品坐標與占空比的關(guān)系函數(shù)、最大光通量與色品坐標的關(guān)系函數(shù)、相關(guān)色溫與占空比的關(guān)系函數(shù)。然后,利用RGB(紅綠藍)三基色LED,開展相關(guān)實驗,實驗結(jié)果表明:通過科學利用計算模型,可以實現(xiàn)對LED光色的科學化、規(guī)范化控制,縮小混合光色品測量值的誤差,使誤差遠遠低于2.5%。此外,通過對太陽光的色溫變化誤差進行模擬,發(fā)現(xiàn)該誤差值達到了50k。

        LED光源具有體積小巧、節(jié)能環(huán)保、可控性高等特點,在照明領(lǐng)域得以廣泛應用。為了實現(xiàn)對光強的智能化調(diào)整和控制,滿足不同條件下的照明需求,相關(guān)人員要實時調(diào)整和控制多種LED光源。而PWM是LED常用的一種調(diào)光技術(shù),該調(diào)光控制技術(shù)具有驅(qū)動效率高、控制精確度高、色彩恒定性高等特點,為后期與智能化系統(tǒng)建立良好的連接關(guān)系提供了重要的技術(shù)支持。因此,在PWM調(diào)光技術(shù)的應用背景下,如何利用多基色LED光源,科學控制LED調(diào)光調(diào)色是相關(guān)人員必須思考和解決的問題。

        理論計算

        色品坐標與占空比的關(guān)系

        通過對驅(qū)動光源的占空比進行控制和調(diào)整,確保光源的色品坐標始終保持不變,使得光源的光通量呈線性變化的趨勢。為了降低工程討論難度,需要確定出光源的光通量與占空比之間的函數(shù)關(guān)系,然后,光通量根據(jù)格拉斯曼顏色混合定律,完成對CIE色度的精確化計算和統(tǒng)計。同時,在進行PWM調(diào)光期間,影響光源色品坐標的主要因素為光源的占空比。然后,根據(jù)光通量的期望值,設(shè)置出相應的色品坐標,在此基礎(chǔ)上,將光源的占空比設(shè)置為一個未知數(shù),然后,完成對光通量占空比與光源色品坐標兩者函數(shù)關(guān)系的構(gòu)建,為后期深入地探究光源占空比與最大光通量之間的函數(shù)關(guān)系提供重要的依據(jù)和參考。

        最大光通量與色品坐標的關(guān)系

        在確定光源最大光通量與色品坐標的關(guān)系期間,相關(guān)人員要根據(jù)光通量所設(shè)置的取值范圍,在保證PWM調(diào)光調(diào)色效果的基礎(chǔ)上,根據(jù)混合光色品坐標的比例值,確定出合適的RGB三基色比例,在調(diào)光過程,不同色品坐標的混合光,其RGB三基色的比例不同。只有占空比比例為1:1:1的混合光其占空比才可以同時達到100%。最后,充分利用最大光通量與色品坐標之間的函數(shù)關(guān)系,預測和了解光通量未來分布情況,為保證光源調(diào)光調(diào)色控制效果打下堅實的基礎(chǔ)。

        相關(guān)色溫與占空比的關(guān)系

        色溫作為光源設(shè)置的重要參數(shù),通過對其進行動態(tài)化調(diào)整和控制,可以保證光源光譜功率分布的科學性和合理性。此外,還要根據(jù)光源的占空比,對光源的色溫進行科學調(diào)控,并將最終的調(diào)控結(jié)束存儲于指定的數(shù)據(jù)庫中,便于其他人員的查看和調(diào)用。此外,還要根據(jù)光源占空比最終計算結(jié)果,確定出相關(guān)色溫與占空比之間的函數(shù)關(guān)系,為實現(xiàn)人們光照環(huán)境的優(yōu)化提供相應的理論基礎(chǔ)。

        實驗測試及結(jié)果分析

        實驗光源

        實驗光源主要是由廣州某光電公司所研發(fā)的燈珠,該燈珠內(nèi)部含有RGB三基色LED,三基色LED主波長分別達到了620nm、523nm、465nm。通過利用光譜測量儀器,對LED燈珠的色度參數(shù)進行精確化測量,測量結(jié)果如表1所示。在此基礎(chǔ)上,還要在鋁基板上焊接相應的LED燈珠,如果結(jié)溫不斷升高,則會引發(fā)色漂移現(xiàn)象,造成RGB三基色出現(xiàn)嚴重失調(diào),因此,為了避免以上現(xiàn)象的發(fā)生,在進行實驗期間,相關(guān)人員要在散熱器上安裝和固定相應的鋁基板,實現(xiàn)對結(jié)溫的科學控制,避免因結(jié)溫上升而引發(fā)誤差大問題。

        光源模塊驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)

        光源模塊在具體的運用中,主要是在市電情況下,通過調(diào)光調(diào)色方式進行的,其驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

        從圖2中可以看出,該驅(qū)動電路主要由以下幾個部分組成:(1)直流穩(wěn)壓電源。該電源主要用于對直流電壓的轉(zhuǎn)化,使市電220V電壓轉(zhuǎn)換為相應的直流電壓。(2)DD313芯片。該芯片主要用于對恒流輸出通道的構(gòu)建,以實現(xiàn)對調(diào)光調(diào)色頻率以及占空比的自動化控制。(3)外圍電路。該電路主要用于對電流、電壓的精確輸送。(4)信號發(fā)生器。信號發(fā)生器主要負責對占空比的輸入,使其被準確無誤地輸入到驅(qū)動芯片中,從而實現(xiàn)對光源調(diào)光調(diào)色的自動化控制。

        實驗結(jié)果及分析

        (1)色品坐標與占空比的關(guān)系

        相關(guān)人員根據(jù)所設(shè)置的混合光色品坐標和光通量,精確地計算出混合光在不同色品坐標所對應的占空比。例如:當混合光的色品坐標為(0.3118,0.2598)時,所獲得最大光通量達到了50.25lm,然后,計算出混合光的占空比,占空比計算結(jié)果分別達到了49%、49%、9%。此外,在整個實驗中,相關(guān)人員要根據(jù)所計算的混合光占空比,確定色品坐標與光通量兩者之間的關(guān)系,此外,還要借助信號發(fā)生器,將占空比準確無誤地輸入到驅(qū)動芯片中,從而實現(xiàn)對光源調(diào)光調(diào)色的自動化控制。

        (2)最大光通量與色品坐標的關(guān)系

        在進行調(diào)光調(diào)色期間,RGB的占空比,直接影響了光通量的變化趨勢。對于色品坐標而言,均有相應的混合光,在確定該混合光期間,相關(guān)人員要盡可能取得最大光通量,同時,還要將RGB所對應的三個占空比設(shè)置為100%。在這個實驗中,還要不斷增加某一通道的占空比,使其上升為100%,在此基礎(chǔ)上,對其他兩個通道占空比進行調(diào)節(jié),為后期精確地測量色品坐標所對應的光通量提供重要的依據(jù)和參考。色品坐標與最大光通量關(guān)系圖如圖3所示。從圖3中可以看出,理論模擬值和實際測量值基本吻合,均在ORL點位置處取得最大光通量,然后,向四周呈現(xiàn)出不斷下降的趨勢。

        結(jié)語

        綜上所述,LED光源的光色調(diào)整在保證智能化、動態(tài)化照明管控效果方面發(fā)揮出重要作用。占空比與光通量之間存在線性關(guān)系,相關(guān)人員通過利用這一線性關(guān)系,在科學設(shè)置光源參數(shù)的基礎(chǔ)上,完成對色品坐標與占空比函數(shù)關(guān)系和最大光通量與色品坐標函數(shù)關(guān)系的確定。同時,根據(jù)日光色品所呈現(xiàn)出的軌跡線,推導出一種函數(shù)關(guān)系,該函數(shù)關(guān)系有效地反映出了色溫與占空比兩者之間的關(guān)系。此外,還要采用實驗驗證的方式,對上述計算模型進行一一驗證。實驗結(jié)果表明:通過科學調(diào)整和控制占空比,可以實現(xiàn)對預期混合光的自動化、動態(tài)化控制,并科學地模擬出不同色溫值下所對應的太陽光。

        參考文獻:

        [1]湯麗華,王志泉.基于PWM的三基色LED智能語音控制調(diào)光調(diào)色系統(tǒng)設(shè)計[J].信息記錄材料,2019,20(01):106-108.

        [2]宋鵬程,文尚勝,尚俊,等.基于PWM的三基色LED的調(diào)光調(diào)色方法[J].光學學報,2015,35(02):293-300.

        [3]張楊,劉思源,孫晶華,等.基于紅外遙控的三基色LED調(diào)光調(diào)色實驗教學系統(tǒng)[J].實驗技術(shù)與管理,2019,36(07):72-77.

        [4]李楠.高性能調(diào)光調(diào)色LED控制電路的研究[D].廣東工業(yè)大學,2015.

        作者簡介:陳鄧偉(1983—),廣東廣州人,研發(fā)部經(jīng)理,電子信息技術(shù)工程師,現(xiàn)就職于廣州中大中鳴科技有限公司。

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