高性能LED驅(qū)動器顏色偏移控制與壽命匹配技術(shù)的研究

1、高性能高性能LEDLED驅(qū)動器顏色偏移驅(qū)動器顏色偏移控制與壽命匹配技術(shù)的研究控制與壽命匹配技術(shù)的研究報告人：報告人：孫耀杰孫耀杰 博博 士士 副教授副教授 上海照明學(xué)會學(xué)術(shù)委員會委員上海照明學(xué)會學(xué)術(shù)委員會委員中國電源學(xué)會理事中國電源學(xué)會理事/學(xué)術(shù)委員會委員學(xué)術(shù)委員會委員世紀電源網(wǎng)世紀電源網(wǎng)6月月18日上海電源技術(shù)交流會日上海電源技術(shù)交流會主要研究人員：宋杰瓊主要研究人員：宋杰瓊 林燕丹林燕丹 童立青童立青 復(fù)旦大學(xué)電光源系，復(fù)旦大學(xué)電光源研究所復(fù)旦大學(xué)電光源系，復(fù)旦大學(xué)電光源研究所教育部先進照明技術(shù)工程中心教育部先進照明技術(shù)工程中心第二屆中國電源技術(shù)年會第二屆中國電源技術(shù)年會2022-5-3復(fù)

2、旦大學(xué) 孫耀杰 全球變暖到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降 40 452022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 持續(xù)嚴重干旱，糧食面臨短缺持續(xù)嚴重干旱，糧食面臨短缺2022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 研究背景介紹研究背景介紹12022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 波音波音787787中的中的LEDLED照明應(yīng)用照明應(yīng)用2022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 日益增加的高端應(yīng)用領(lǐng)域日益增加的高端應(yīng)用領(lǐng)域2022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 燈具整體性能的快速提高燈具整體性能的快速提高2022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 從視覺工效學(xué)角度冬夜有數(shù)據(jù)表明：有數(shù)據(jù)表明：在寒冷的環(huán)境下，人在寒冷的環(huán)境下，人們

3、更喜歡低色溫的光；們更喜歡低色溫的光；在炎熱的環(huán)境下，則在炎熱的環(huán)境下，則更傾向于接受色溫高更傾向于接受色溫高的光。的光。82022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 高顯色性的需求高顯色性的需求2022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 機外燈具 機內(nèi)燈具CPAs上海市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點項目：商用飛機機內(nèi)、機外核心照明商用飛機機內(nèi)、機外核心照明LEDLED燈具的研究燈具的研究2022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 高性能高性能LEDLED驅(qū)動顏色控制驅(qū)動顏色控制2高性能電路拓撲高性能電路拓撲/ /控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)2022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 LEDLED驅(qū)動設(shè)計要素驅(qū)動設(shè)計要素2022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 常

4、用常用LED驅(qū)動方案驅(qū)動方案2022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 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(biāo)準，這對電流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(biāo)準，這對電流控制器的設(shè)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(luò)需要設(shè)控制器的設(shè)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(luò)需要設(shè)計，一是電流環(huán)，另一個是包含等效功率級的電壓環(huán)。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)化與性能提升控制方法的優(yōu)化與性能提升2022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 91929394959697Input

5、Voltage (V) Efficiency (%)LLC-SRC94.695.496.1LLC-SRC91.893.294.29595.2Asy. H/B95.194.493.5200250300350400拓撲的優(yōu)化與性能提升拓撲的優(yōu)化與性能提升2022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 元件的優(yōu)化與性能提升元件的優(yōu)化與性能提升2022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 元件的優(yōu)化與性能提升元件的優(yōu)化與性能提升2022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 借鑒電力電子技術(shù)的成果借鑒電力電子技術(shù)的成果n對傳統(tǒng)直流驅(qū)動器的改進，提高電路效率傳統(tǒng)AC/DC驅(qū)動的缺點：諧波問題出現(xiàn)，電路設(shè)計復(fù)雜，增加一部分能量損失改進方式：交流

6、驅(qū)動器前級為boost PFC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(shè)計。2022-5-32022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 高性能高性能LEDLED驅(qū)動關(guān)鍵技術(shù)驅(qū)動關(guān)鍵技術(shù)3并網(wǎng)逆變器關(guān)鍵技術(shù)并網(wǎng)逆變器關(guān)鍵技術(shù)視覺工效與混光控制視覺工效與混光控制2022-5-3192022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 保證舒適度合理選擇色溫和照度* *By By KruithofKruithof2010-11-102022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 視網(wǎng)膜特化神經(jīng)節(jié)細胞（ipRGC）的發(fā)現(xiàn)光的視覺與非視覺生物效應(yīng)光的視覺與非視覺生物效應(yīng)2010-11-10Page 212022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 光的

7、非視覺生物效應(yīng)的意義光的非視覺生物效應(yīng)的意義2022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 光的非視覺生物效應(yīng)光的非視覺生物效應(yīng)2010-11-10Page 232022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 如何評估？2022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 基于人體光節(jié)律的照明控制研究自然光光譜變化分析自然光光譜變化分析2010-11-102022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 不同光源具有不同的光譜分布P（）2010-11-10Page 262022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 不同色溫的LED具有不同的光譜分布P()2022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 控制策略視覺作用與控制策略視覺作用與控制策略- -發(fā)揮發(fā)揮LEDLED的作用的作用

8、2022-5-3282022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 通過通過LEDLED實現(xiàn)科學(xué)的動態(tài)調(diào)光實現(xiàn)科學(xué)的動態(tài)調(diào)光RGBRGB調(diào)光和智能控制實現(xiàn)場景的照明模式切換調(diào)光和智能控制實現(xiàn)場景的照明模式切換2022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 色度學(xué)對顏色偏移色度學(xué)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(nèi)就可以使色坐標(biāo)偏移超過3階麥克亞當(dāng)橢圓（人眼可辨色差的閾值）的范圍。7-step MacAdam Ellipses plotted on the 1931 CIE color spaceWhite color variation at 3200 K

9、: 7-step2022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 1/16th ANSI binningVision : Eliminate White Binning 光品質(zhì)光品質(zhì)2022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 在設(shè)計光色補償驅(qū)動時的注意事項在設(shè)計光色補償驅(qū)動時的注意事項n不同驅(qū)動方式應(yīng)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(qū)動優(yōu)于恒流驅(qū)動n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(shè)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)。20

10、22-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 功能安全和壽命匹配性設(shè)計功能安全和壽命匹配性設(shè)計4并網(wǎng)逆變器關(guān)鍵技術(shù)并網(wǎng)逆變器關(guān)鍵技術(shù)燈具友好匹配技術(shù)燈具友好匹配技術(shù)2022-5-32022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 從功能安全方面來從功能安全方面來LEDLED驅(qū)動的可靠性驅(qū)動的可靠性電擊和能量危險電擊和能量危險功能安全功能安全保護保護機械危險機械危險著火危險著火危險聲壓危險聲壓危險液體危險液體危險化學(xué)危險化學(xué)危險物理要求物理要求電氣隔離電氣隔離觸摸防護觸摸防護安裝維護安裝維護防止拋射防止拋射著火防護著火防護危險噪聲限制危險噪聲限制電源限制電源限制零件要求零件要求配線要求配線要求材料要求材料要求變形要求變形要求2

11、022-5-32022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 LEDLED驅(qū)動器復(fù)雜程度在上升驅(qū)動器復(fù)雜程度在上升2022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 應(yīng)用領(lǐng)域?qū)δ馨踩笤黾討?yīng)用領(lǐng)域?qū)δ馨踩笤黾?022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 2022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 LEDLED燈具壽命的挑戰(zhàn)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(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，戶外大功率LED照明90%以上的低于預(yù)期壽命的失效都是由驅(qū)動失效而引起的3810,00024,00020,00050,0005,0002022-5-3復(fù)旦大學(xué) 孫耀杰 大功率大功率LEDLED驅(qū)動的驅(qū)動的燈具燈具溫度補償溫度補償LED 降額曲線 設(shè)計準則：設(shè)計準則：目前大多數(shù)LED的驅(qū)動電流設(shè)計為不隨溫度變化的恒流源，因此，當(dāng)LED周