高性能LED驱动器颜色偏移控制与寿命匹配技术的研究

高性能LED驱动器颜色偏移

控制与寿命匹配技术的研究报告人：孙耀杰

博士副教授上海照明学会学术委员会委员中国电源学会理事/学术委员会委员世纪电源网6月18日上海电源技术交流会主要研究人员：宋杰琼林燕丹童立青

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第二届中国电源技术年会全球变暖到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降

40％——

45％持续严重干旱，粮食面临短缺研究背景介绍1波音787中的LED照明应用日益增加的高端应用领域灯具整体性能的快速提高从视觉工效学角度冬夜有数据表明：在寒冷的环境下，人们更喜欢低色温的光；在炎热的环境下，则更倾向于接受色温高的光。8高显色性的需求机外灯具机内灯具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LED灯具的研究高性能LED驱动颜色控制2高性能电路拓扑/控制系统LED驱动设计要素符合LED稳定工作的电参数工作环境与使用场合的要求视觉科学、智能控制的要求先进的LED驱动器涉及领域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常用LED驱动方案LED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拓扑的优化与性能提升元件的优化与性能提升元件的优化与性能提升借鉴电力电子技术的成果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boostPFC电路获得高的功率因数，后级采用半桥串联谐振电路设计。2023/2/5高性能LED驱动关键技术3并网逆变器关键技术视觉工效与混光控制2023/2/519保证舒适度合理选择色温和照度*ByKruithof2010-11-10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2010-11-10Page21照明对人体周期节律影响光的非视觉生物效应的意义为照明科学提供了新的研究内容，提出了新要求单一的视觉效果评价——视觉效果和非视觉效果的双重评价以人为本，健康照明光的非视觉生物效应2010-11-10Page23如何评估？基于人体光节律的照明控制研究自然光光谱变化分析2010-11-10不同光源具有不同的光谱分布P’（λ）2010-11-10Page26不同色温的LED具有不同的光谱分布P’(λ)控制策略视觉作用与控制策略-发挥LED的作用2023/2/528通过LED实现科学的动态调光RGB调光和智能控制实现场景的照明模式切换光学传感器照明智能控制系统LED驱动混光LED和合理的光学设计色度学对颜色偏移

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-stepMacAdamEllipsesplottedonthe1931CIEcolorspaceWhitecolorvariationat3200K:7-step1/16thANSIbinningVision:EliminateWhiteBinning光品质在设计光色补偿驱动时的注意事项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。功能安全和寿命匹配性设计4并网逆变器关键技术灯具友好匹配技术2023/2/5从功能安全方面来LED驱动的可靠性电击和能量危险功能安全保护机械危险着火危险声压危险液体危险化学危险物理要求电气隔离触摸防护安装维护防止抛射着火防护危险噪声限制电源限制零件要求配线要求材料要求变形要求2023/2/5LED驱动器复杂程度在上升应用领域对功能安全要求增加LED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3810,000～24,00020,00050,0005,000大功率LED驱动的灯具温度补偿LED降额曲线设计准则：目前大多数LED的驱动电流设计为不随温度变化的恒流源，因此，当LED周围温度高于安全温度点时，工作电流就不在安全区内，这将导致LED的寿命远低于规格书的数值甚至直接损坏。温度补偿原理：使LED工