CN104768280B - Led灯的色温补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED灯的色温补偿方法，利用LED颗粒串的色温会随着工作电流的变化而变化的规律，反向求解为了达到预期的色温，LED颗粒串所需要工作的工作电流；使LED颗粒串A按照工作电流工作，LED颗粒串B按照工作电流工作，从而得到预期色温为CCT，光通量为φ的混合光。本发明具有混光后实际得到的混合光的色温与预期得到的色温偏差较小，有效降低频闪的特点。
Description
技术领域
本发明涉及LED照明领域，尤其是涉及一种可有效降低色温偏差的LED灯的色温补偿方法。
背景技术
随着LED智能照明的发展，LED的亮度，色温，色彩，场景等都可以采用各种无线或有线的方式控制，控制变得日益简便。然而，当前人们对LED照明的光质量和效果关注还不够，LED的频闪问题和色温偏移问题没有引起足够的重视。
目前针对LED的调光通常采用PWM脉宽调制方式实现，即用一个开关的通断，来调节LED电流的PWM占空比，从而实现亮度的调节。色温的调节通常是采用2路不同色温的LED颗粒混光，即采用6500K冷色温的LED颗粒和3000K的暖色温LED颗粒混光，分别调节这2路LED的PWM，实现色温和亮度的调节。然而，PWM状态下的LED电流脉动很大，在高频下，电流从0到最大值在发生周期跳变，虽然由于视觉延迟，人眼感觉不出闪烁，但高频的波动可能会影响生物的交感神经***，长期会引起头晕、呕吐等症状。在这种灯光下的高频摄像也会发现帧丢失的现象。
中国专利授权公开号：CN102595722A，授权公开日2012年7月18日，公开了一种LED色温调控装置，包括调节器和驱动器；所述调节器包括：色温调节控制面板，用于进行电源通断以及供操作者发出色温调节信号；以及控制信号发生器，接收色温调节控制面板发出色温调节信号后按照指令输出对应的控制信号；所述驱动器包括：微处理器，接收来自于控制信号发生器发出的控制信号，将该控制信号经过分析及计算后发出改变LED工作电流的PWM调节信号；以及恒流驱动模块，根据微处理器提供的PWM调节信号，输出恒定的LED工作电流。该发明的不足之处是，LED灯会发生红移现象，色温偏差较大。
发明内容
本发明的发明目的是为了克服现有技术中的色温补偿方法实际得到的混合光的色温与预期得到的色温偏差较大的不足，提供了一种可有效降低色温偏差的LED灯的色温补偿方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种LED灯的色温补偿方法，所述LED灯包括依次电连接的单片机、滤波电路和2个直流驱动器，还包括与2个直流驱动器分别电连接的冷色温的LED颗粒串A和暖色温的LED颗粒串B，2组LED颗粒串中包括数量相同的串联LED颗粒，单片机通过数据线与计算机电连接；所述色温补偿方法包括如下步骤：
(1-1)设定LED颗粒串A的色温为CCTc，工作电流为Ic；LED颗粒串B的色温为CCTw，工作电流为Iw；
设定由LED颗粒串A和B混光后得到色温为CCT，光通量为φ的混合光时的LED颗粒串A的工作电流为I′c，LED颗粒串B的工作电流为I′w；
(1-2)设Imax为LED颗粒串A及B的最大工作电流，计算机中存储有若干对调光信号和调色温信号，及记载I′c和I′w的取值与调光信号和调色温信号对的对应关系的对应关系表；
计算机通过改变输送给单片机的调光信号和调色温信号对，使LED颗粒串A的工作电流Ic由0至Imax逐渐升高，用色温测量仪检测LED颗粒串A的输出色温CCTc，利用计算机选取至少8个Ic和对应的输出色温CCTc构成点(Ic，CCTc)，在计算机中画出输出色温随工作电流Ic变化的曲线1；
使LED颗粒串B的工作电流Iw由0至Imax逐渐升高，用色温测量仪检测LED颗粒串B的输出色温CCTw，利用计算机选取至少8个Iw和对应的输出色温CCTw构成点(Iw，CCTw)，在计算机中画出输出色温随工作电流Iw变化的曲线2；
(1-3)计算机分别对曲线1和曲线2进行线性拟合，得到与曲线1对应的线性拟合公式CCTc＝d1Ic+d2，
与曲线2对应的线性拟合公式CCTw＝g1Iw+g2；其中，d1，d2，g1，g2均为非0实数；
(1-4)设定混光后LED颗粒串A的光通量为Φc，LED颗粒串B的光通量为Φw，
则混光后的色温CCT＝(Φc×CCTc+Φw×CCTw)/(Φc+Φw)；
(1-5)计算机利用根据步骤(1-3)和(1-4)推导出的下述公式计算I′c和I′w：
CCT＝(Φc×CCTc+Φw×CCTw)/φ，
Φc＝I′c×ηc，Φw＝I′w×ηw；
CCTc＝d1I′c+d2，CCTw＝g1I′w+g2；
其中，φ＝Φc+Φw，Φc＝Ic×ηc，Φw＝Iw×ηw，ηc为设定的LED颗粒串A的发光光效，ηw为设定的LED颗粒串B的LED发光光效；
(1-6)得到I′c和I′w后，计算机查询关系表，得到与I′c和I′w对应的调光信号和调色温信号对并输送给单片机，使LED颗粒串A按照工作电流I′c工作，LED颗粒串B按照工作电流I′w工作，得到色温为CCT，光通量为φ的混合光。
图1和图2分别为实验测试某品牌LED 6500K和3000K颗粒的色温随工作电流变化曲线，由图1和图2可以看出，LED颗粒串的色温会随着LED颗粒串的工作电流的变化而变化；可见，当工作电流减小时，2种LED颗粒串的色温均会发生红移现象，6500KLED颗粒串变化相对更大。
在一个调光调色温***中，通常认为在不同的工作电流下的色温(为额定色温)是不变的，则混光后的色温为2种LED颗粒串色温的光通量加权平均值；但事实上，由于LED颗粒串在不同工作电流下的色温会发生偏移，因此利用光通量加权平均来调色温，将会导致无法得到预期的混光后的色温，通常的色温补偿方法实际得到的混合光的色温与预期得到的色温偏差较大。
本发明提出一种全新的LED灯的色温补偿方法，利用LED颗粒串的色温会随着工作电流的变化而变化的规律，反向求解为了达到预期的色温，LED颗粒串所需要工作的工作电流；使LED颗粒串A按照工作电流I′c工作，LED颗粒串B按照工作电流I′w工作，从而得到预期色温为CCT，光通量为φ的混合光。
本发明具有利用LED颗粒串的色温会随着工作电流的变化而变化的规律，计算得到为了达到预期的色温，LED颗粒串所需要工作的工作电流；从而使混光后实际得到的混合光的色温与预期得到的色温偏差较小的特点。
作为优选，所述LED颗粒串A中每个LED颗粒的额定色温为6500K，LED颗粒串B的每个LED颗粒的额定色温为3000K。
作为优选，所述LED颗粒串A中每个LED颗粒的额定色温为6500K，LED颗粒串B中每个LED颗粒的额定色温为2700K。
作为优选，所述ηc与ηw相等。
作为优选，所述步骤(1-2)中LED颗粒串A的工作电流Ic按照80至105mA的步长由0至Imax逐渐升高。
作为优选，所述步骤(1-2)中LED颗粒串B的工作电流Iw按照90至105mA的步长由0至Imax逐渐升高。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)利用LED颗粒串的色温会随着工作电流的变化而变化的规律，计算得到为了达到预期的色温，LED颗粒串所需要工作的工作电流；
(2)使混光后实际得到的混合光的色温与预期得到的色温偏差较小；
(3)有效降低频闪。
附图说明
图1是本发明的6500K LED颗粒串的一种色温随工作电流变化的曲线图；
图2是本发明的3000K LED颗粒串的一种色温随工作电流变化的曲线图；
图3是本发明的实施例的一种流程图；
图4是本发明的LED灯的一种电路图。
图中：单片机1、滤波电路2、直流驱动器3、LED颗粒4。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图4所示的实施例是一种LED灯的色温补偿方法，LED灯包括依次电连接的单片机1、滤波电路2和2个直流驱动器3，还包括与2个直流驱动器分别电连接的冷色温的LED颗粒串A和暖色温的LED颗粒串B，2组LED颗粒串中均包括2个串联LED颗粒4，单片机通过数据线与计算机电连接；
如图3所示，色温补偿方法包括如下步骤：
设定6500K冷色温的LED颗粒串A的色温为CCTc，工作电流为Ic；1000K暖色温的LED颗粒串B的色温为CCTw，工作电流为Iw；
设定由LED颗粒串A和B混光后得到色温为CCT，光通量为φ的混合光时的LED颗粒串A的工作电流为I′c，LED颗粒串B的工作电流为I′w；
步骤100，画出色温随工作电流变化的曲线
设Imax为LED颗粒串A及B的最大工作电流，计算机中存储有2000个调光信号和调色温信号对，及记载I′c和I′w的取值与调光信号和调色温信号对的对应关系的对应关系表；
计算机通过改变输送给单片机的调光信号和调色温信号对，使LED颗粒串A的工作电流Ic由0至Imax逐渐升高，用色温测量仪检测LED颗粒串A的输出色温CCTc，利用计算机选取8个Ic和对应的输出色温CCTc构成点(Ic，CCTc)，在计算机中画出如图1所示的输出色温随工作电流Ic变化的曲线1；
使LED颗粒串B的工作电流Iw由0至Imax逐渐升高，用色温测量仪检测LED颗粒串B的输出色温CCTw，利用计算机选取8个Iw和对应的输出色温CCTw构成点(Iw，CCTw)，在计算机中画出如图2所示的输出色温随工作电流Iw变化的曲线2；；
步骤200，得到2个线性拟合公式
计算机分别对曲线1和曲线2进行线性拟合，得到与曲线1对应的线性拟合公式CCTc＝0.331Ic+6557，
与曲线2对应的线性拟合公式CCTw＝0.06Iw+2956；
步骤300，得到混光后的色温公式
设定混光后LED颗粒串A的光通量为Φc，LED颗粒串B的光通量为Φw，
则混光后的色温CCT＝(Φc×CCTc+Φw×CCTw)/(Φc+Φw)；
步骤400，计算得到为了达到预期的混光后色温的LED颗粒串工作电流
计算机利用根据步骤200和300推导出的下述公式计算I′c和I′w：
CCT＝(Φc×CCTc+Φw×CCTw)/φ，
Φc＝I′c×ηc，Φw＝I′w×ηw；
CCTc＝0.331I′c+6557，CCTw＝0.06I′w+2956；
其中，φ＝Φc+Φw，Φc＝Ic×ηc，Φw＝Iw×ηw，ηc为设定的LED颗粒串A的发光光效，ηw为设定的LED颗粒串B的LED发光光效；
步骤500，得到色温为CCT，光通量为φ的混合光
得到I′c和I′w后，计算机查询关系表，得到与I′c和I′w对应的调光信号和调色温信号对并输送给单片机，使LED颗粒串A按照工作电流I′c工作，LED颗粒串B按照工作电流I′w工作，得到色温为CCT，光通量为φ的混合光。
本实施例中，LED颗粒串A中每个LED颗粒的额定色温为6500K，LED颗粒串B的每个LED颗粒的额定色温为3000K，ηc与ηw相等，LED颗粒串A的工作电流Ic按照100mA的步长由0至Imax逐渐升高；LED颗粒串B的工作电流Iw按照95mA的步长由0至Imax逐渐升高。
通常的色温补偿方法如下：
设定6500K LED颗粒串A的额定色温为CCT1，工作电流I1，光通量为Φ1，3000K LED颗粒串B的额定色温为CCT2，工作电流I2，光通量为Φ2。则混光后的色温为2种色温光通量的加权平均：
CCT＝(Φ1×CCT1+Φ2×CCT2)/(Φ1+Φ2)
其中Φ1＝I1×η1，Φ2＝I2×η2，η1为第一组LED的发光光效，η2为第二组LED的发光光效。
要想得到CCT的混光后的预期色温，则调节I1和I2的值，使等式成立即可，但是CCT只是理想状态下的混光后的色温，实际得到的色温与预期色温CCT之间有200K的误差。
如图4所示，输入电压Vin经过2个直流驱动器驱动2个LED颗粒串A和B；单片机接受外部调光信号和调色信号，译码并运算，输出2路PWM控制信号，PWM1经过R1，C1，R2滤波，PWM2经过R3，C2，R4滤波，得到直流电压DIM1，DIM2分别给2个直流驱动器。2驱动器能够根据输入的模拟电压输出一定的直流电流，驱动LED颗粒串稳定工作。单片机的输出PWM1，PWM2的占空比是与I′c和I′w相对应的，从而修正了由于工作电流变化而引起的色温漂移影响。
本发明混光后实际输出的色温与预期色温CCT之间的误差为5K；因此本发明具有混光后实际得到的混合光的色温与预期得到的色温偏差较小的特点。
应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (6)
1.一种LED灯的色温补偿方法，其特征是，所述LED灯包括依次电连接的单片机(1)、滤波电路(2)和2个直流驱动器(3)，还包括与2个直流驱动器分别电连接的冷色温的LED颗粒串A和暖色温的LED颗粒串B，2组LED颗粒串中包括数量相同的串联LED颗粒(4)，单片机通过数据线与计算机电连接；所述色温补偿方法包括如下步骤：
(1-1)设定LED颗粒串A的色温为CCTc，工作电流为Ic；LED颗粒串B的色温为CCTw，工作电流为Iw；
设定由LED颗粒串A和B混光后得到色温为CCT，光通量为φ的混合光时的LED颗粒串A的工作电流为I′c，LED颗粒串B的工作电流为I′w；
(1-2)设Imax为LED颗粒串A及B的最大工作电流，计算机中存储有若干对调光信号和调色温信号，及记载I′c和I′w的取值与调光信号和调色温信号对的对应关系的对应关系表；
计算机通过改变输送给单片机的调光信号和调色温信号对，使LED颗粒串A的工作电流Ic由0至Imax逐渐升高，用色温测量仪检测LED颗粒串A的输出色温CCTc，利用计算机选取至少8个Ic和对应的输出色温CCTc构成点(Ic，CCTc)，在计算机中画出输出色温随工作电流Ic变化的曲线1；
使LED颗粒串B的工作电流Iw由0至Imax逐渐升高，用色温测量仪检测LED颗粒串B的输出色温CCTw，利用计算机选取至少8个Iw和对应的输出色温CCTw构成点(Iw，CCTw)，在计算机中画出输出色温随工作电流Iw变化的曲线2；
(1-3)计算机分别对曲线1和曲线2进行线性拟合，得到与曲线1对应的线性拟合公式CCTc＝d1Ic+d2，
与曲线2对应的线性拟合公式CCTw＝g1Iw+g2；其中，d1，d2，g1，g2均为非0实数；
(1-4)设定混光后LED颗粒串A的光通量为Φc，LED颗粒串B的光通量为Φw，
则混光后的色温CCT＝(Φc×CCTc+Φw×CCTw)/(Φc+Φw)；
(1-5)计算机利用根据步骤(1-3)和(1-4)推导出的下述公式计算I′c和I′w：
CCT＝(Φc×CCTc+Φw×CCTw)/φ，
Φc＝I′c×ηc，Φw＝I′w×ηw；
CCTc＝d1I′c+d2，CCTw＝g1I′w+g2；
其中，φ＝Φc+Φw，Φc＝Ic×ηc，Φw＝Iw×ηw，ηc为设定的LED颗粒串A的发光光效，ηw为设定的LED颗粒串B的LED发光光效；
(1-6)得到I′c和I′w后，计算机查询关系表，得到与I′c和I′w对应的调光信号和调色温信号对并输送给单片机，使LED颗粒串A按照工作电流I′c工作，LED颗粒串B按照工作电流I′w工作，得到色温为CCT，光通量为φ的混合光。
2.根据权利要求1所述的LED灯的色温补偿方法，其特征是，所述LED颗粒串A中每个LED颗粒的额定色温为6500K，LED颗粒串B的每个LED颗粒的额定色温为3000K。
3.根据权利要求1所述的LED灯的色温补偿方法，其特征是，所述LED颗粒串A中每个LED颗粒的额定色温为6500K，LED颗粒串B中每个LED颗粒的额定色温为2700K。
4.根据权利要求1所述的LED灯的色温补偿方法，其特征是，所述ηc与ηw相等。
5.根据权利要求1所述的LED灯的色温补偿方法，其特征是，所述步骤(1-2)中LED颗粒串A的工作电流Ic按照80至105mA的步长由0至Imax逐渐升高。
6.根据权利要求1所述的LED灯的色温补偿方法，其特征是，所述步骤(1-2)中LED颗粒串B的工作电流Iw按照90至105mA的步长由0至Imax逐渐升高。
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