LED亮度
物理学名词
LED(发光二极管)亮度 一般用发光强度(Luminous Intensity)表示,单位是坎德拉cd;1000ucd(微坎德拉)=1 mcd(毫坎德 拉), 1000mcd=1 cd。室内用单只LED的光强一般为500ucd-50 mcd,而户外用单只LED的光强一般应为100 mcd-1000 mcd,甚至1000 mcd以上。
测光公式
I ,光强度[cd] = 立体角内之光通量/ 立体角Ω[sr]
E ,照度[lx] = 落在单位立体角内光通量[lm] / 此被照面立体角面积[㎡]= 光强度[cd] / (距离[m] )
2L , 辉度[cd/㎡] = 光强度[cd] / 所见之被照面面积[㎡]
照明术语
波长
在周期波传播方向上在同一时间连续两个相位相同的点之间的距离。光线和辐射
光是电磁波辐射(能量从一个物体传播到另一个物体,在传播过程无需任何媒介。这种能量传播方式被称为辐射)到人的眼睛,经视觉神经转换为光线,即能被肉眼看见的那部份光谱。这类射线的波长范围在360到830nm之间,仅仅是电磁辐射光谱非常小的一部份。温度远远高于50Hz工作时的温度,从而产生更高色温的白色色表和更好的显色性
光通量
单位为:流明 (lumen, lm) ,由一光源所发射并被人眼感知之所有辐射能称之为光通量
光强度(luminous intensity, I )
光源在某一方向立体角内之光通量大小。单位:坎德拉 (candela, cd) 一般而言,光源会向不同方向以不同之强度放射出其光通量。在特定方向所放出之可见光辐射强度称为光强度。
照度(Illuminance, E)
单位:勒克斯(Lux, lx) 照度是光通量与被照面之比值。1 lux之照度为1 lumen之光通量均匀分布在面积为一平方米之区域
亮度
单位:坎德拉/平方米[cd/m2] 亮度(L) 是表示眼睛从某一方向所看到物体反射光的强度。
单位:流明每瓦[lm/W]光效是指电能转换成光能的效率。
辉度 (Luminance, L)
单位:坎德拉每平方米 (cd/㎡) 一光源或一被照面之辉度指其单位表面在某一方向上的光强度密度,也可说是人眼所感知此光源或被照面之明亮程度。
单位:开尔文白炽灯光色是暖白色,其色温表示为2700K,而日光色荧光灯的色温表示方法则是6500K。
光色
光色实际上就是色温。大至分三大类:
暖色小于3300K
中间色3300至5000K 冷色大于5000K, 由于光线中光谱的组成有差别,因此即使光色相同,灯的显色性也可能不同。
灯具效率(也叫光输出系数)是衡量灯具利用能量效率的重要标准,它是灯具输出的光能量与灯具内光源输出的光能量之间的比例。
显色性
原则上,人造光线应与自然光线相同,使人的肉眼能正确辨别事物的颜色,当然,这要根据照明的位置和目的而定。
显色性是指事物的真实颜色(其自身的色泽)与某一标准光源下所显示的颜色关系。Ra值的确定,是将DIN6169标准中定义的8种测试颜色在标准光源和被测试光源下做比较,色差越小则表明被测光源颜色的显色性越好。
Ra值为100的光源表示,事物在其灯光下显示出来的颜色与在标准光源下一致。
经发电机所发出的方向交替的电流。
用以确保处于潜在危险过程中的人们的安全而提供的那部分应急照明
白炽灯
由电流加热元件产生白炽可见光的光源(经常被称为普泡或GLS灯)
判断单一颜色在总体感觉中所占比例的视觉属性。
不舒适眩光
可引起不适,而不一定破坏被照对象的视觉效果的眩光。
主要通过漫射传输来传播可见辐射的媒质。因此物体不能通过此媒质被清晰的看到。
不透明介质
在所需光谱范围内不能传递辐射的介质。
备用照明
使正常活动得以基本不变的继续进行的应急照明部分。
镇流器使用组装的铁芯和线圈组装而成,用于传输电流以启动和燃点荧光灯和高强度气体放电灯(HID)。
灯的寿命
当一组光源同时燃点时,其中一定比率的灯熄灭时的时间。
判断光源指标
这和别的东西不一样,光源都是讲的平均寿命,就是说一批光源同时点亮,当50%的光源失效的时间,就是这批光源的平均寿命。一般的吸顶灯都会保一年,其实他们的寿命远远不止一年的,所以大家可以放心使用。
②频闪
光源每秒闪动的次数,为什么有的家里的荧光灯老觉得它在闪,其实是电器不好,不能给他提供稳定电压的缘故,频闪大的光源对眼睛伤害最大,荧光光源频闪比较严重的。
顾名思义,就是光源发光的多少。
光源对物体真实颜色的反应程度。我们认为太阳光白炽灯对物体颜色的反应是最好、最真实的,所以给他们的显色性定义为100,一般显色指数在80以上就是比较好的光源了,不过一般吸顶灯比较难做到。
以绝对温度 K 来表示,即将一标准黑体加热,温度升高到一定程度时颜色开始由深红 - 浅红 - 橙黄 - 白 - 蓝,逐渐改变,某光源与黑体的颜色相同时,我们将黑体当时的绝对温度称为该光源之色温。
相关色温度事实上是以黑体辐射接近光源光色时,对该光源光色表现的评价值,并非一种精确的颜色对比,故具相同色温值的二光源,可能在光色外观上仍有些许差异。仅冯色温无法了解光源对物体的显色能力,或在该光源下物体颜色的再现如何。
不同光源环境的相关色温度:
光源色温不同,光色
a.色温与亮度高色温光源照射下,如亮度不高则给人们有一种阴气的气氛;低色温光源照射下,亮度过高会给人们有一种闷热感觉。
b.光色的对比在同一空间使用两种光色差很大的光源,其对比将会出现层次效果,光色对比大时,在获得亮度层次的同时,又可获得光色的层次。
⑥光效
这个指标很重要,就是指不同的光源在同样的时间,消耗同样的电量,所发光的多少。也就是说一样亮的光,它所损耗的电量可能不一样,光效高的光源肯定比光效低的更省电。
调光技术
用调正向电流的方法来调亮度要改变LED的亮度,是很容易实现的。首先想到的是改变它的驱动电流,因为LED的亮度是几乎和它的驱动电流直接成正比关系。
1、调节正向电流的方法
调节LED的电流最简单的方法就是改变和LED负载串联的电流检测电阻,几乎所有DC-DC恒流芯片都有一个检测电流的接口,是检测到的电压和芯片内部的参考电压比较,来控制电流的恒定。但是这个检测电阻的值通常很小,只有零点几欧,如果要在墙上装一个零点几欧的电位器来调节电流是不大可能的,因为引线电阻也会有零点几欧了。所以有些芯片提供一个控制电压接口,改变输入的控制电压就可以改变其输出恒流值。
2、调正向电流会使色谱偏移
然而用调正向电流的方法来调亮度会产生一个问题,那就是在调亮度的同时也会改变它的光谱和色温。因为白光LED都是用兰光LED激发黄色荧光粉而产生,当正向电流减小时,蓝光LED亮度增加而黄色荧光粉的厚度并没有按比例减薄,从而使其光谱的主波长增长。如:当正向电流为350mA时,色温为5734K,而正向电流增加到350mA时,色温就偏移到5636K.电流再进一步减小时,色温会向暖色变化。
当然这些问题在一般的实际照明中可能不算是一个大问题。然而在采用RGBLED系统中,就会引起彩色的偏移,而人眼对彩色的偏差是十分敏感的,因此也是不能允许的。
3、调电流会产生使恒流源无法工作的严重问题
然而在具体实现中,用调正向电流的方法来调光可能会产生一个更为严重的问题。
我们知道LED通常是用DC-DC的恒流驱动电源来驱动的,而这类恒流驱动源通常分为升压型或降压型两种(当然还有升降压型,但由于效率低、价钱贵而不常用)。究竟采用升压型还是降压型是由电源电压和LED负载电压之间的关系决定的。假如电源电压低于负载电压就采用升压型;假如电源电压高于负载电压就采用降压型。而LED的正向电压是由其正向电流决定的。从LED的伏安特性可知,正向电流的变化会引起正向电压的相应变化,确切地说,正向电流的减小也会引起正向电压的减小。所以在把电流调低的时候,LED的正向电压也就跟着降低。这就会改变电源电压和负载电压之间的关系。
例如,在一个输入为24V的LED灯具中,采用了8颗1W的大功率LED串联起来。在正向电流为350mA时,每个LED的正向电压是3.3V.那么8颗串联就是26.4V,比输入电压高。所以应该采用升压型恒流源。但是,为了要调光,把电流降到100mA,这时候的正向电压只有2.8V,8颗串联为22.4V,负载电压就变成低于电源电压。这样升压型恒流源就根本无法工作,而应该采用降压型。对于一个升压型的恒流源一定要它工作于降压是不行的,最后LED就会出现闪烁现象。实际上,只要是采用了升压型恒流源,在用调正向电流调光时,只要调到很低的亮度几乎一定会产生闪烁现象。因为那时候的LED负载电压一定是低于电源电压。很多人因为不了解其中的问题,还总要去从调光的电路里去找问题,那是徒劳无益的。
采用降压型恒流源问题会少一些,因为如果本来电源电压高于负载电压,当亮度是往低调,负载电压是降低的,所以还是需要降压型恒流源。但是如果调到非常低的正向电流,LED的负载电压也变得很低,那时候降压比非常大,也可能超出了这种降压型恒流源的正常工作范围,也会使它无法工作而产生闪烁。
4、长时间工作于低亮度有可能会使降压型恒流源效率降低温升增高而无法工作
一般人可能认为向下调光是降低恒流源的输出功率,所以不可能会引起降压型恒流源的功耗加大而温升增高。殊不知当降低正向电流时所引起的正向电压降低会使降压比降低。而降压型恒流源的效率是和降压比有关的,降压比越大,效率越低,损耗在芯片上的功耗越大。
5、调节正向电流无法得到精确调光
因为正向电流和光输出并不是完全正比关系,而且不同的LED会有不同的正向电流和光输出关系曲线。所以用调节正向电流的方法很难实现精确的光输出控制。
LED是一个二极管,它可以实现快速开关。它的开关速度可以高达微秒以上。是任何发光器件所无法比拟的。因此,只要把电源改成脉冲恒流源,用改变脉冲宽度的方法,就可以改变其亮度。这种方法称为脉宽调制(PWM)调光法。假如脉冲的周期为tpwm,脉冲宽度为ton,那么其工作比D(或称为孔度比)就是ton/tpwm.改变恒流源脉冲的工作比就可以改变LED的亮度。
参考资料
探讨直流电源LED的调光技术.大比特半导体器件网.
最新修订时间:2023-10-18 15:06
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