高性能LED驱动器颜色偏移控制与寿命匹配技术的研究

1、高性能高性能LEDLED驱动器颜色偏移驱动器颜色偏移控制与寿命匹配技术的研究控制与寿命匹配技术的研究报告人：报告人：孙耀杰孙耀杰 博博 士士 副教授副教授 上海照明学会学术委员会委员上海照明学会学术委员会委员中国电源学会理事中国电源学会理事/学术委员会委员学术委员会委员世纪电源网世纪电源网6月月18日上海电源技术交流会日上海电源技术交流会主要研究人员：宋杰琼主要研究人员：宋杰琼 林燕丹林燕丹 童立青童立青 复旦大学电光源系，复旦大学电光源研究所复旦大学电光源系，复旦大学电光源研究所教育部先进照明技术工程中心教育部先进照明技术工程中心第二届中国电源技术年会第二届中国电源技术年会2022-5-23

2、复旦大学 孙耀杰 全球变暖到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降 40 452022-5-23复旦大学 孙耀杰 持续严重干旱，粮食面临短缺持续严重干旱，粮食面临短缺2022-5-23复旦大学 孙耀杰 研究背景介绍研究背景介绍12022-5-23复旦大学 孙耀杰 波音波音787787中的中的LEDLED照明应用照明应用2022-5-23复旦大学 孙耀杰 日益增加的高端应用领域日益增加的高端应用领域2022-5-23复旦大学 孙耀杰 灯具整体性能的快速提高灯具整体性能的快速提高2022-5-23复旦大学 孙耀杰 从视觉工效学角度冬夜有数据表明：有数据表明：在寒冷的环境下，人在寒冷

3、的环境下，人们更喜欢低色温的光；们更喜欢低色温的光；在炎热的环境下，则在炎热的环境下，则更倾向于接受色温高更倾向于接受色温高的光。的光。82022-5-23复旦大学 孙耀杰 高显色性的需求高显色性的需求2022-5-23复旦大学 孙耀杰 机外灯具 机内灯具CPAs上海市高新技术产业化重点项目：商用飞机机内、机外核心照明商用飞机机内、机外核心照明LEDLED灯具的研究灯具的研究2022-5-23复旦大学 孙耀杰 高性能高性能LEDLED驱动颜色控制驱动颜色控制2高性能电路拓扑高性能电路拓扑/ /控制系统控制系统2022-5-23复旦大学 孙耀杰 LEDLED驱动设计要素驱动设计要素先进的先进的L

4、EDLED驱动器驱动器视觉科学、视觉科学、智能控制智能控制的要求的要求工作环境工作环境与使用场与使用场合的要求合的要求符合符合LED稳定工作稳定工作的电参数的电参数电力电子技术视觉工效灯具、热与长寿命生态设计功能安全涉及领域2022-5-23复旦大学 孙耀杰 常用常用LED驱动方案驱动方案LED驱动电路驱动电路电阻限流型电容降压型线性调压型开关电容型PWM开关型2022-5-23复旦大学 孙耀杰 平均电流模式为了避免发生阻塞现象，必须满足斜坡匹配标准，这对电流平均电流模式为了避免发生阻塞现象，必须满足斜坡匹配标准，这对电流控制器的设计提出了一定的要求，同时双环的存在有两个补偿网络需要设控制器的

5、设计提出了一定的要求，同时双环的存在有两个补偿网络需要设计，一是电流环，另一个是包含等效功率级的电压环。计，一是电流环，另一个是包含等效功率级的电压环。优点：双环控制的，平均电流模式不易受干扰，对电流的控制精度也较高控制方法的优化与性能提升控制方法的优化与性能提升2022-5-23复旦大学 孙耀杰 91929394959697Input Voltage (V) Efficiency (%)LLC-SRC94.695.496.1LLC-SRC91.893.294.29595.2Asy. H/B95.194.493.5200250300350400拓扑的优化与性能提升拓扑的优化与性能提升2022-

6、5-23复旦大学 孙耀杰 元件的优化与性能提升元件的优化与性能提升2022-5-23复旦大学 孙耀杰 元件的优化与性能提升元件的优化与性能提升2022-5-23复旦大学 孙耀杰 借鉴电力电子技术的成果借鉴电力电子技术的成果n对传统直流驱动器的改进，提高电路效率传统AC/DC驱动的缺点：谐波问题出现，电路设计复杂，增加一部分能量损失改进方式：交流驱动器前级为boost PFC电路获得高的功率因数，后级采用半桥串联谐振电路设计。2022-5-232022-5-23复旦大学 孙耀杰 高性能高性能LEDLED驱动关键技术驱动关键技术3并网逆变器关键技术并网逆变器关键技术视觉工效与混光控制视觉工效与混光

7、控制2022-5-23192022-5-23复旦大学 孙耀杰 保证舒适度合理选择色温和照度* *By By KruithofKruithof2010-11-102022-5-23复旦大学 孙耀杰 视网膜特化神经节细胞（ipRGC）的发现光的视觉与非视觉生物效应光的视觉与非视觉生物效应2010-11-10Page 212022-5-23复旦大学 孙耀杰 光的非视觉生物效应的意义光的非视觉生物效应的意义为照明科学提为照明科学提供了新的研究供了新的研究内容，提出了内容，提出了新要求新要求单一的视觉效单一的视觉效果评价果评价视视觉效果和非视觉效果和非视觉效果的双重觉效果的双重评价评价以人为本，健以人为

8、本，健康照明康照明2022-5-23复旦大学 孙耀杰 光的非视觉生物效应光的非视觉生物效应2010-11-10Page 232022-5-23复旦大学 孙耀杰 如何评估？2022-5-23复旦大学 孙耀杰 基于人体光节律的照明控制研究自然光光谱变化分析自然光光谱变化分析2010-11-102022-5-23复旦大学 孙耀杰 不同光源具有不同的光谱分布P（）2010-11-10Page 262022-5-23复旦大学 孙耀杰 不同色温的LED具有不同的光谱分布P()2022-5-23复旦大学 孙耀杰 控制策略视觉作用与控制策略视觉作用与控制策略- -发挥发挥LEDLED的作用的作用2022-5-

9、23282022-5-23复旦大学 孙耀杰 通过通过LEDLED实现科学的动态调光实现科学的动态调光RGBRGB调光和智能控制实现场景的照明模式切换调光和智能控制实现场景的照明模式切换光学传感器光学传感器照明智能控照明智能控制系统制系统LEDLED驱动驱动混光混光LEDLED和和合理的光学合理的光学设计设计2022-5-23复旦大学 孙耀杰 色度学对颜色偏移色度学对颜色偏移研究表明，LED振幅和波长会引起人眼可觉察的颜色偏移对于部分LED，波长在1nm的变化范围内就可以使色坐标偏移超过3阶麦克亚当椭圆（人眼可辨色差的阈值）的范围。7-step MacAdam Ellipses plotted

10、on the 1931 CIE color spaceWhite color variation at 3200 K: 7-step2022-5-23复旦大学 孙耀杰 1/16th ANSI binningVision : Eliminate White Binning 光品质光品质2022-5-23复旦大学 孙耀杰 在设计光色补偿驱动时的注意事项在设计光色补偿驱动时的注意事项n不同驱动方式应尽量选择PWM方式，可以减少LED颜色偏移，也可以降低对颜色偏移进行补偿控制的难度。PWM驱动优于恒流驱动n不同发光芯片随电流变化峰值波长的偏移方向不同注意灯具所使用的LED光源间的区别，有针对性的进行反

11、馈控制的设计。RGB白光LED颜色偏移现象比PC白光LED严重给RGB混光系统的光色稳定性控制提供了更加严酷的挑战。2022-5-23复旦大学 孙耀杰 功能安全和寿命匹配性设计功能安全和寿命匹配性设计4并网逆变器关键技术并网逆变器关键技术灯具友好匹配技术灯具友好匹配技术2022-5-232022-5-23复旦大学 孙耀杰 从功能安全方面来从功能安全方面来LEDLED驱动的可靠性驱动的可靠性电击和能量危险电击和能量危险功能安全功能安全保护保护机械危险机械危险着火危险着火危险声压危险声压危险液体危险液体危险化学危险化学危险物理要求物理要求电气隔离电气隔离触摸防护触摸防护安装维护安装维护防止抛射防止

12、抛射着火防护着火防护危险噪声限制危险噪声限制电源限制电源限制零件要求零件要求配线要求配线要求材料要求材料要求变形要求变形要求2022-5-232022-5-23复旦大学 孙耀杰 LEDLED驱动器复杂程度在上升驱动器复杂程度在上升2022-5-23复旦大学 孙耀杰 应用领域对功能安全要求增加应用领域对功能安全要求增加2022-5-23复旦大学 孙耀杰 2022-5-23复旦大学 孙耀杰 LEDLED灯具寿命的挑战灯具寿命的挑战寿命5万（小时）1万2万3万4万LED荧光灯HID电解电容寿命据有关数据统计，户外大功率LED照明90%以上的低于预期寿命的失效都是由驱动失效而引起的3810,00024,00020,00050,0005,0002022-5-23复旦大学 孙耀杰 大功率大功率LEDLED驱动的驱动的灯具灯具温度补偿温度补偿LED 降额曲线 设计准则：设计准则：目前大多数LED的驱动电流设计为不随