简述一种实现LED灯具色温调节的新方法

 节能减排已经成为当今世界重大战略性课题，LED因其节能、环保、光效高、寿命长等优点素有“绿色能源”之称，正逐步取代传统光源[1]。随着科学技术的进步和生活品质的提高，人们对LED照明的控制水平要求越来越高。为了实现二次节能，人们希望能够实现亮度调节，自由调节灯光的明暗程度。为了营造出不同的气氛，人们希望能够实现色温调节，个性化设置灯光环境[2]。

相关研究表明[3]，采用两个调光电源分别驱动高低两种色温的白光LED阵列，通过调节两电源的驱动电流比例能够实现色温调节，但这种方法电源可靠性较低，并且无法实现独立调光。

常规色温调节方法采用两个调光电源驱动高低两种色温白光LED阵列，通过调节两种LED的驱动电流比例实现色温调节。该方法只能实现色温调节，无法实现线性调光。为此，本文在分析了LED色温调节的常规方法存在的问题的基础上，提出一种LED色温调节的新方法，与大家探讨，新方法仅采用一个 LED调光电源，在LED调光电源后仅增添几个器件即可实现LED灯具的色温调节和亮度调节且互不干扰，有利于降低了成本，提高电源可靠性，对于LED的控制具有应用价值。

一、LED色温调节的常规方法

1.LED色温调节的常规方法

LED色温可调的灯具采用高低两种色温的白光LED阵列，两种LED阵列密集交替排布使两种色温充分混光，通过调节两种LED的驱动电流比例能够实现总体色温调节[3]。图1给出了这种方法的结构框图。PWM1信号用来调节可调光电源P1的输出电流I1，I1驱动暖白LED阵列;PWM2信号用来调节可调光电源P2的输出电流I2，I2驱动冷白LED阵列。通过调节PWM1信号与PWM2信号的占空比比例来调节暖白LED阵列和冷白LED阵列的亮度比例，由于两种LED的充分混光，实现了灯具的整体温调节。

图1 常规方法系统结构框图

2. LED色温调节的常规方法存在的问题

人们往往不希望调节色温时灯光的明暗程度发生变化或者调光时色温发生明显偏移，也就是说希望调色温和调光互不干扰，这样可以通过调光和调色温的不同组合配置更多的光环境。然而，上述方案难以满足这一要求。

(1)难以实现亮度调节

目前大多成熟的LED可调光驱动电源方案中，电源管理芯片通常只提供一个调光引脚。采用上述常规方法调节色温时，为了实现双电源的输出电流比例的调节，两个电源的调光引脚都将被占用，因此没有实现调节色温的同时独立调光的硬件资源。

(2)电源效率过低，降低了电源可靠性

由于LED是低压直流光源，因此LED驱动电源是降压型AC-DC恒流电源，这种电源的效率随电源功率降低而降低。图2给出了采用了富士通MB39C602芯片的LED电源的效率随输入功率变化的实测曲线，输入功率为3W时电源效率相比输入功率为15.5W时的效率降低了17%。色温调节的常规方法中，可能始终有一个电源的输入功率较小。这意味着该电源的效率降低，功率损耗增加。功率损耗在电源中主要表现为热能，并产生高于环境温度的温升。经验表明，温度每升高10℃，系统失效的可能性增加一倍，这将极大的降低系统的可靠性[4]。另一方面，功耗增加将导致光效降低，减弱LED的节能优势。

图2 电源效率随输出功率变化的曲线

二、LED色温调节的新方法

1.LED色温调节的新方法

新方法采用了PWM调光驱动电源方案，并在电源后端电路中增设了色温调节电路，该色温调节电路采用PWM开关调光的方式调节冷白LED阵列和暖白LED阵列的导通时间比例，实现色温调节，结构框图如图3。

该方案采用PWM1信号控制电源的调光端子，通过调节PWM1的占空比来调节LED的输出电流Io进而实现LED灯具调光。

为了实现色温调节，将导通压降比较接近的一路冷白LED阵列和一路暖白LED阵列并联接于电源输出端，采用功率开关管MOS1和MOS2分别控制冷白LED阵列的通断和暖白LED阵列的通断。 PWM2信号连接MOS1的栅极，实现对冷白LED阵列导通时间的控制，PWM2经反相器后得到反相的信号PWM3连接MOS2栅极，控制暖白LED阵列的导通时间。PWM2为高电平时，PWM3为低电平，故冷白LED阵列导通，暖白LED阵列断开，反之亦然。调节PWM2的占空比来调节单位时间内冷白LED阵列和暖白LED阵列的导通时间比例，利用人眼存在暂留时间，实现了色温的变化效果。

图3 新方法系统结构框图