白光和彩色光智能照明系統解決方案

實現高質量的白光

雖然每種智能白光和彩色光系統都帶有上述組件，但是，基于白光和彩色光的系統在配置與設計方面有所不同。生成白光的照明系統(即便其混有彩色光)需要考慮色溫與顯色指數。

色溫就是指白光的顏色(與直覺不同，暖白光的色溫較低，而冷白光的色溫較高)，它通常與1931 CIE比色圖表上的普朗克軌跡相關。色溫描述的是標準黑體輻射源被加熱到不同溫度時所產生的白光顏色(圖2)。例如，加熱到2500K的標準黑體輻射源被認為是較暖的白光；如果加熱到7000K就認為是冷白光。HB-LED系統實際上不能直接實現符合普朗克軌跡的顏色，相反其色溫是通過相關色溫(CCT)測量的。

圖2：普朗克軌跡與色溫。

顯色指數是通過比較主光源與參考光源之間不同色彩的呈現來描述白光質量的一個參數。通俗地講，顯色指數描述的是主光源以相對參考光源1到100倍的強度照射的物體表面的色彩保真度。通過選擇適當的LED、使用適當數量的不同LED通道以及采用混合信號處理器智能地控制這些通道可以調節色溫與顯色指數。僅包括白光LED的白光系統在色溫方面靈活性有限，但在系統的白光LED原生色溫下，白光系統的顯色指數CRI性能卓越。由于CRI在很大程度上取決于系統中的LED色譜，因此根據經驗，LED(特別是不同顏色的LED)越多，CRI就越高。

對彩色光系統而言，設計人員最關心的是色彩精度、色彩分辨率以及可混合色彩的光譜。如前所述，在其中發揮重要作用的一個因素是調光分辨率。最大化可混合色彩的光譜取決于系統中LED生成的色域，它與構成色域的不同LED色彩的數量直接相關。LED數量與調光分辨率還會影響色彩分辨率。大多數彩色光系統最少有三個LED，通常為紅綠藍三原色。如果智能照明系統需要生成特定的目標色彩，那么設計人員可以通過在1931 CIE比色圖表上繪制LED并簡單地連接繪制點以觀察色域來判斷所選LED是否能混合該種顏色。如果色域不覆蓋目標顏色，那么設計人員可添加新的LED色彩，從而通過擴大色域來包含這種可混合的色彩(圖3)。

圖3：用4個LED擴展色域的實例。

設計挑戰

如前所述，白光和彩色光智能照明系統可以受益于使用三個或更多LED，但是除了在光學技術和散熱性能方面面臨諸多挑戰外，在算法上也會更加復雜。一個明顯的挑戰就是如何提供達到要求數量且具有靈活調光分辨率的硬件調光通道。使用四個或更多LED的系統也需要更具創造性的算法來調節色溫、混合色彩或提高顯色指數CRI。

顯然，智能照明系統需要通過某種方式管理散熱與器件分選。LED不通過輻射散熱，而是借助于二極管的結點來傳導熱量。事實上，隨著LED溫度的升高，某些LED的流明輸出會降低(比如紅光就會受到嚴重影響)，甚至光輸出波長也會發生偏移。因此，非常重要的一點是要從LED底座盡可能多地傳導出熱量。

好的散熱設計、大量的空氣流動及主動制冷對于解決散熱問題是個不錯的開端。不過，上述方法并非總能確保獲得可預期、可測量的效果。熱量在系統中總是存在的，而色彩精度會受溫度的影響。引入溫度傳感器有助于將色彩精度保持在的水平。對于需要實現高色彩精度的系統來說，這個額定值是一般性的要求。用于計算彩色光調光值的算法的一個輸入參數是光通量輸出。通過保存照明系統中溫度的分段線性近似值和LED的光通量曲線，混合信號控制器就可以通過適當地改變每個LED的輸出大小來保持色彩的精度。

器件分選的原因是，HB-LED是固態器件，采用當前制造工藝時在光通量輸出、波長和正向電壓方面有變化。由于光通量輸出在計算混合色彩中非常重要，因此必須要考慮到這個值的變化。但如果系統對色彩質量要求不高，則不必考慮。

對關注色彩質量的設計人員來說，他們可購買某些更昂貴的特殊LED(售價會高出15%到20%)，也可通過混合信號控制器的可編程性進行彌補。設計人員可以輸入器件分選表，這種表存儲了系統中的LED可能的分選特征。這樣，在制造階段拿到實際LED時，就可以用實際分檔代碼更新混合信號控制器，并做出相應的補償。

許多人發現，固態照明技術設計需要綜合具備光學、機械和電氣設計經驗，而很少人有這樣的本事，因此新的復雜技術難題不斷出現。特別是現在設計人員必須使用混合信號控制器，因此還必須掌握嵌入式設計技術。幸運的是，現在的工具可以提供可視化的設計環境，毋需編寫代碼就能滿足HB-LED智能照明系統的設計需要，設計人員還能利用C語言等傳統語言編程。無論如何，出色的開發工具、參考設計和項目實例都是非常重要的。

因此設計人員在發揮HB-LED的智能、靈活性及其環保優勢的同時面臨著諸多挑戰。通過智能照明設計方法，設計人員可經濟有效地減少或消除大多數此類問題。