高性能LED驅動器顏色偏移控制與壽命匹配技術的研究

高性能LED驅動器顏色偏移

控制與壽命匹配技術的研究報告人：孫耀杰

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

復旦大學電光源系，復旦大學電光源研究所教育部先進照明技術工程中心第二屆中國電源技術年會全球變暖到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降

40％——

45％持續(xù)嚴重干旱，糧食面臨短缺研究背景介紹1波音787中的LED照明應用日益增加的高端應用領域燈具整體性能的快速提高從視覺工效學角度冬夜有數(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高顯色性的需求機外燈具機內燈具CPAs上海市高新技術產業(yè)化重點項目：商用飛機機內、機外核心照明LED燈具的研究高性能LED驅動顏色控制2高性能電路拓撲/控制系統(tǒng)LED驅動設計要素符合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、智能控制的要求先進的LED驅動器涉及領域電力電子技術視覺工效燈具、熱與長壽命生態(tài)設計功能安全常用LED驅動方案LED驅動電路電阻限流型電容降壓型線性調壓型開關電容型PWM開關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準，這對電流控制器的設計提出了一定的要求，同時雙環(huán)的存在有兩個補償網(wǎng)絡需要設計，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：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)化與性能提升拓撲的優(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的成果對傳統(tǒng)直流驅動器的改進，提高電路效率傳統(tǒng)AC/DC驅動的缺點：諧波問題出現(xiàn)，電路設計復雜，增加一部分能量損失改進方式：交流驅動器

前級為boostPFC電路獲得高的功率因數(shù)，后級采用半橋串聯(lián)諧振電路設計。2023/2/5高性能LED驅動關鍵技術3并網(wǎng)逆變器關鍵技術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)膜特化神經節(jié)細胞（ipRGC）的發(fā)現(xiàn)光的視覺與非視覺生物效應2010-11-10Page21照明對人體周期節(jié)律影響光的非視覺生物效應的意義為照明科學提供了新的研究內容，提出了新要求單一的視覺效果評價——視覺效果和非視覺效果的雙重評價以人為本，健康照明光的非視覺生物效應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實現(xiàn)科學的動態(tài)調光RGB調光和智能控制實現(xiàn)場景的照明模式切換光學傳感器照明智能控制系統(tǒng)LED驅動混光LED和合理的光學設計色度學對顏色偏移

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的變化范圍內就可以使色坐標偏移超過3階麥克亞當橢圓（人眼可辨色差的閾值）的范圍。7-stepMacAdamEllipsesplottedonthe1931CIEcolorspaceWhitecolorvariationat3200K:7-step1/16thANSIbinningVision:EliminateWhiteBinning光品質在設計光色補償驅動時的注意事項不同驅動方式應盡量選擇PWM方式，可以減少LED顏色偏移，也可以降低對顏色偏移進行補償控制的難度。PWM驅動優(yōu)于恒流驅動不同發(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，有針對性的進行反饋控制的設計。RGB白光LED顏色偏移現(xiàn)象比PC白光LED嚴重給RGB混光系統(tǒng)的光色穩(wěn)定性控制提供了更加嚴酷的挑戰(zhàn)。功能安全和壽命匹配性設計4并網(wǎng)逆變器關鍵技術燈具友好匹配技術2023/2/5從功能安全方面來LED驅動的可靠性電擊和能量危險功能安全保護機械危險著火危險聲壓危險液體危險化學危險物理要求電氣隔離觸摸防護安裝維護防止拋射著火防護危險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驅動器復雜程度在上升應用領域對功能安全要求增加LED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)有關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，戶外大功率LED照明90%以上的低于預期壽命的失效都是由驅動失效而引起的3810,000～24,00020,00050,0005,000大功率LED驅動的燈具溫度補償LED降額曲線設計準則：目前大多數(shù)LED的驅動電流設計為不隨溫度變化的恒流源，因此，當LED周圍溫度高于安全溫度點時，工作電流就不在安全區(qū)內，這將導致LED的壽命遠低于規(guī)格書的數(shù)值甚至直接損壞。溫度補償原理：使LED工