第４０卷㊀第１２期２０１９年１２月
发㊀光㊀学㊀报
ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＵＭＩＮＥＳＣＥＮＣＥ
Ｖｏｌ ４０
Ｎｏ １２
Ｄｅｃ.ꎬ２０１９
文章编号:１０００￣７０３２(２０１９)１２￣１５３８￣０８
㊀㊀收稿日期:２０１９￣０７￣２５ꎻ修订日期:２０１９￣０９￣１６㊀㊀基金项目：国家自然科学基金(６１５０４０９５)资助项目
ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ(６１５０４０９５)
基于ＰＷＭ调光的高显性白光ＬＥＤ混光优化方法
田会娟１ꎬ２∗ꎬ胡㊀阳２ꎬ３ꎬ陈㊀陶２ꎬ３ꎬ柳建新４ꎬ蔡敏鹏１ꎬ２ꎬ关㊀涛１ꎬ２
(１.天津工业大学电气工程与自动化学院ꎬ天津市电工电能新技术重点实验室ꎬ天津㊀３００３８７ꎻ
２.大功率半导体照明应运系统教育部工程研究中心ꎬ天津㊀３００３８７ꎻ
３.天津工业大学电子与信息工程学院ꎬ天津㊀３００３８７ꎻ㊀４.天津成科传动机电技术股份有限公司ꎬ天津㊀３００３８４)
摘要：提出了一种基于脉冲宽度调制(ＰＷＭ)的红/绿/蓝/暖白(Ｒ/Ｇ/Ｂ/ＷＷ)四发光二极管(ＬＥＤ)白光
混合方法ꎮ该方法根据多基混合白光光源相对光谱功率分布(ＳＰＤ)符合线性叠加原理ꎬ采用１９３１ＣＩＥ￣ＸＹＺ三刺激值建立混合光中各光源坐标与贡献率的关系ꎮ在优化目标显性能最佳时ꎬ建立混合光的光通量与占空比的函数关系ꎬ并采用Ｒ/Ｇ/Ｂ/ＷＷ四ＬＥＤ进行实验验证ꎮ结果表明ꎬＲ/Ｇ/Ｂ/ＷＷＬＥＤ模块可实现一般显指数Ｒａ在９５以上㊁其最大相对误差为１.３５％㊁相关温在３０００~７０００Ｋ㊁光通量为２００~１０００ｌｍ㊁发光效率在１７０~２４０ｌｍ/Ｗ范围变化的白光调节ꎮ 关㊀键㊀词：光学器件ꎻ脉冲宽度调制ꎻ发光二极管ꎻ高显指数
中图分类号:ＴＮ２０６㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀ＤＯＩ:１０.３７８８/ｆｇｘｂ２０１９４０１２.１５３８
ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｉｍｍｉｎｇＭｅｔｈｏｄｏｆＭｉｘｅｄＬｉｇｈｔｆｏｒＷｈｉｔｅＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅｗｉｔｈＨｉｇｈＣｏｌｏｒＲｅｎｄｅｒｉｎｇＩｎｄｅｘＢａｓｅｄｏｎＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ
ＴＩＡＮＨｕｉ￣ｊｕａｎ１ꎬ２∗ꎬＨＵＹａｎｇ２ꎬ３ꎬＣＨＥＮＴａｏ２ꎬ３ꎬＬＩＵＪｉａｎ￣ｘｉｎ４ꎬ
ＣＡＩＭｉｎ￣ｐｅｎｇ１ꎬ２ꎬＧＵＡＮＴａｏ１ꎬ２
(１.ＴｉａｎｊｉｎＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｎｅｒｇｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄ
ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎꎬＴｉａｎｇｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＴｉａｎｊｉｎ３００３８７ꎬＣｈｉｎａꎻ
２.ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔ
ｉｏｎｏｎＨｉｇｈＰｏｗｅｒＳｏｌｉｄＬｉｇｈｔｉｎｇＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍꎬＴｉａｎｊｉｎ３００３８７ꎬＣｈｉｎａꎻ
３.ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＴｉａｎｇｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＴｉａｎｊｉｎ３００３８７ꎬＣｈｉｎａꎻ４.ＴｉａｎｊｉｎＣｈｅｎｇｋｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＴｉａｎｊｉｎ３００３８４ꎬＣｈｉｎａ)
∗ＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇＡｕｔｈｏｒꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｔｉａｎｈｊｇｘ＠１２６.ｃｏｍ
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａｍｅｔｈｏｄｏｆｗｈｉｔｅｌｉｇｈｔｍｉｘｅｄｆｏｒｒｅｄ/ｇｒｅｅｎ/ｂｌｕｅ/ｗａｒｍ￣ｗｈｉｔｅ(Ｒ/
Ｇ/Ｂ/ＷＷ)ｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ(ＬＥＤ)ｂａｓｅｄｏｎｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ(ＰＷＭ).Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｌｉｎｅａｒｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｓｐｅｃｔｒａｌｐｏｗｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ(ＳＰＤ)ｏｆｍｕｌｔｉ￣ｃｏｌｏｒｗｈｉｔｅＬＥＤꎬｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｏｄｅｌａｄｏｐｔｓ１９３１ＣＩＥ￣ＸＹＺｔｒｉｓｔｉｍｕｌｕｓｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎ
ｔｈｅｃｏｌｏｒｃｏｏｒｄｉｎａｔｅａｎｄｔｈｅｒａｔｅｏｆｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｏｒｅａｃｈｃｈａｎｎｅｌｏｆｔｈｅＬＥＤｃｌｕｓｔｅｒｓ.Ｗｈｅｎｔｈｅｃｏｌ￣ｏｒｒｅｎｄｅｒｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄꎬｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｌｕｍｉｎｏｕｓｆｌｕｘａｎｄｄｕｔｙｃｙｃｌｅｓｏｆｔｈｅｍｉｘｅｄｌｉｇｈｔｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ.ＡｎｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｗｉｔｈＲ/Ｇ/Ｂ/ＷＷＬＥＤｃｌｕｓｔｅｒｓ.ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔＲ/Ｇ/Ｂ/ＷＷＬＥＤｍｏｄｅｌｃａｎｒｅａｌｉｚｅｔｈａｔｔｈｅｃｏｌｏｒｒｅｎｄｅｒｉｎｇｉｎｄｅｘＲａｉｓｌａｒｇｅｒｔｈａｎ９５ａｎｄｉｔｓｍａｘｉｍｕｍｒｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｉｓ１.３５％ꎬｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｃｏｌｏｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ(ＣＣＴ)ꎬｔｈｅｌｕｍｉｎｏｕｓｆｌｕｘａｎｄｔｈｅｌｕｍｉｎｏｕｓｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｃｈａｎｇｅｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆ３０００~７０００Ｋꎬ２００~１０００ｌｍꎬ１７０~２４０ｌｍ/Ｗꎬｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ.
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㊀第１２期田会娟ꎬ等：基于ＰＷＭ调光的高显性白光ＬＥＤ混光优化方法１５３９㊀Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｏｐｔｉｃａｌｄｅｖｉｃｅꎻｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎꎻｌｉｇｈｔ￣ｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅꎬｈｉｇｈｃｏｌｏｒｒｅｎｄｅｒｉｎｇｉｎｄｅｘ
１㊀引㊀㊀言
随着人们生活水平的提高以及ＬＥＤ应用领域的扩大ꎬ单一温白光ＬＥＤ已经不能满足实际应用的需求ꎮ研究能满足优质照明需求的温㊁亮度可调㊁成本低且易于实现的高显性白光
ＬＥＤ成为近年来的研究热点[１￣３]ꎮ殷录桥等[４]采用红绿蓝三基发光二极管ꎬ模拟了类太阳光动态温在不同时间段动态变化的照明光源ꎬ显指数在３３~３７范围内ꎮ郭自泉等[５]模拟了在相关温３０００Ｋ时的三基合成白光ꎬ得到最大显指数为９２.６ꎮ谌江波等[６]采用Ｏｈｎｏ模型ꎬ用蓝光ＬＥＤ激发涂覆其上的绿橙双荧光粉获得暖白光ꎬ与红㊁青㊁蓝３种ＬＥＤ光源混光ꎬ得到了宽温范围下的高显指数白光ꎬ这种方法需在特定光源上涂覆特定量荧光粉ꎮ田会娟等[７]提出了一种基于脉冲宽度调制(ＰＷＭ)的Ｒ/Ｇ/Ｂ/ＷＷ四ＬＥＤ调光调模型ꎬ该模型在高温混合白光时均匀性有待进一步提高ꎮ本文在上述ＰＷＭ的基础上ꎬ研究了高显性白光ＬＥＤ混光优化方法ꎬ该方法根据多基混合白光光源相对光谱功率分布(ＳＰＤ)符合线性叠加原理ꎬ采用１９３１ＣＩＥ￣ＸＹＺ三刺激值建立混合光中各光源坐标与配光比关系ꎬ在优化目标显性能最佳时ꎬ研究了各参数的测试精度ꎬ并采用Ｒ/Ｇ/Ｂ/ＷＷ四ＬＥＤ进行实验验证ꎮ
２㊀实㊀㊀验
２.１㊀显指数计算
显指数用来表示光源对被照射物体实际颜的还原能力ꎬ最大值为１００ꎬ其值越高ꎬ表明彩还原能力越强ꎮ光源对某一标准颜样品的特殊显指数的计算公式为[５￣６ꎬ８￣９]:
Ｒｉ＝１００－４.６ΔＥｉ㊀(ｉ＝１ꎬ ꎬ１４)ꎬ(１)其中ꎬΔＥｉ为１４种颜样品在标准光源与待测光源下的差ꎮ通常情况下用一般显指数Ｒａ表示光源的显性能ꎬＲａ指特定的８个标准颜样品的平均显指数:
Ｒａ＝ð８ｉ＝１Ｒｉ/８.(２)２.２㊀相关温计算
相关温的计算公式为[１０]:
Ｔｃ＝４４９ｎ３＋３５２５ｎ２＋６８２３.３ｎ＋５５２０.３３ꎬ
(３)它表示当光源发出光的颜与黑体在某一温度下辐射的颜接近时ꎬ黑体的温度就称为该光源的相关温ꎬ式中ｎ＝(ｘ－０.３３２０)/(０.１８５８－ｙ)ꎬｘ㊁ｙ为ＣＩＥｘ￣ｙ的坐标ꎮ
２.３㊀混合光计算
多彩混合白光的光源相对光谱功率分布(ＳＰＤ)符合线性叠加原理[１１￣１２]:
Ｐ(λ)＝Ｄ１Ｐ１(λ)＋Ｄ２Ｐ２(λ)＋ ＋ＤｎＰｎ(λ)ꎬ
(４)其中ꎬＤｎ和Ｐｎ(λ)分别为第ｎ种光源的占空比和在满电流工作状态下的光谱功率分布ꎮＣＩＥ￣ＸＹＺ光谱三刺激值由ＣＩＥ￣ＲＧＢ光谱三刺激值经过数学变换得到ꎬ记为Ｘ㊁Ｙ㊁Ｚꎮ三刺激值在物体度值的计算中代表人眼的颜视觉特征参数ꎬ计算公式为[９ꎬ１３]:
Ｙ＝ʏＶ(λ)Ｐ(λ)ｄλ
Ｘ＝ｘｙＹ
Ｚ＝１－ｘ－ｙｙＹ
ì
î
í
ï
ï
ï
ï
ï
ï
ꎬ(５)
其中Ｖ(λ)是光谱光视效率函数ꎬＰ(λ)是混合光的光谱功率分布函数ꎮ
根据混光原理ꎬ且便于控制变量ꎬ需先将四基转变为三基ꎮ可任选两先进行混合ꎬ再将混合光与其余两单光混合ꎮ为方便讨论ꎬ本文中先将四中的Ｇ与ＷＷ混合ꎬ组成Ｇ/ＷＷ混合基ꎮ设１ｌｍ总光通量下ꎬＧ在Ｇ＋ＷＷ中的所占比例为ｒꎬ即ｒ＝Ｇ/(Ｇ＋ＷＷ)ꎬ其三刺激值可表示为(ＸＢꎬＹＢꎬＺＢ)㊁(ＸＧꎬＹＧꎬＺＧ)㊁(ＸＲꎬＹＲꎬＺＲ)㊁(ＸＷＷꎬＹＷＷꎬＺＷＷ)和(ＸＧ＋ＷＷ(ｒ)ꎬＹＧ＋ＷＷ(ｒ)ꎬＺＧ＋ＷＷ(ｒ))ꎬ则有以下关系[１３]:
[ＸＧ＋ＷＷ(ｒ)㊀ＹＧ＋ＷＷ(ｒ)㊀ＺＧ＋ＷＷ(ｒ)]＝
[ｒ㊀１－ｒ]ＸＧＹＧＺＧ
ＸＷＷＹＷＷＺＷＷ
新药管疗法
é
ë
êêù
û
úúꎬ(６)在任意比例ｒ下ꎬＲ/Ｇ/Ｂ/ＷＷ四ＬＥＤ在１ｌｍ总光通量下的混合光源中的贡献率分别用ｐＲ(ｒ)㊁ｐＧ(ｒ)㊁ｐＢ(ｒ)㊁ｐＷＷ(ｒ)和ｐＧ＋ＷＷ(ｒ)表示ꎬ则有以下关系:
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１５４０㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第４０卷
ｐＢ(ｒ)
ｐＲ(ｒ)ｐＧ＋ＷＷ(ｒ)[]＝[Ｘ㊀Ｙ㊀Ｚ] ＸＢ
ＹＢ
ＺＢ
ＸＲＹＲＺＲＸＧ＋ＷＷ(ｒ)
ＹＧ＋ＷＷ(ｒ)
ＺＧ＋ＷＷ(ｒ)éëê
êê
ùû
úúú
－１
电解水杯ꎬ㊀(７)
利用公式(７)计算结果可得出Ｒ/Ｇ/Ｂ/ＷＷ四ＬＥＤ在目标光通量φ０下的混合白光中的光通量值:
φＢ
＝ｐＢ(ｒ) φ０φＲ＝ｐＲ(ｒ) φ０营养米
φＧ＝ｒ ｐＧ＋ＷＷ(ｒ) φ０φ
ＷＷ＝(１－ｒ)ｐＧ＋ＷＷ(ｒ) φ０
ìîí
ïïïï.(８)
３㊀实验测试与结果分析
３.１㊀实验用光源模块及驱动电路
实验采用八脚Ｒ/Ｇ/Ｂ/ＷＷ四合一ＬＥＤ灯珠
８颗组成光源模块ꎮ为了使ＬＥＤ灯珠混光更加均匀且降低ＬＥＤ灯珠由于发热导致结温过高而引起
漂移和光效降低等问题ꎬ对该光源进行了光学仿真设计ꎬ得出其光源排布如图１所示ꎬ并采用导热硅胶固定在带有散热器的铝基板上ꎮ用远方光电公司的ＨＡＳＳ￣２０００光谱分析系统测量光源
模块中各ＬＥＤ芯片满电流状态下的度学参
数及相对光谱功率分布ꎬ如图２和表１所示ꎮ
R/G/B/WW four in one
LED
图１㊀Ｒ/Ｇ/Ｂ/ＷＷＬＥＤ灯珠排布图Ｆｉｇ.１㊀Ｒ/Ｇ/Ｂ/ＷＷＬＥＤｌａｍｐｂｅａｄｌａｙｏｕｔ
1.21.0400
800姿/nm
R e l a t i v e s p e c t r a l p o w e r d i s t r i b u t i o n
文具盒生产过程0.80.60.40.20
500
600700
R G B W
图２㊀Ｒ/Ｇ/Ｂ/Ｗ光源相对光谱功率分布
Ｆｉｇ.２㊀Ｒ/Ｇ/Ｂ/Ｗｓｏｕｒｃｅｒｅｌａｔｉｖｅｓｐｅｃｔｒａｌｐｏｗｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
表１㊀实验中Ｒ/Ｇ/Ｂ/ＷＷ四合一灯珠参数
Ｔａｂ.１㊀Ｒ/Ｇ/Ｂ/ＷＷｆｏｕｒ￣ｉｎ￣ｏｎｅｌａｍｐｂｅａｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
ｘ
ｙ
ｌｕｍｉｎｏｕｓｆｌｕｘ/ｌｍ
Ｐｅａｋｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ/ｎｍＰｏｗｅｒ/Ｗ
Ｒ０.６８４１０.３１５８５６１.４４６２８.７２.２７Ｇ０.１５９４０.７０４８８５４
５１７.１
２.８８Ｂ
０.１４３２０.０５１９２２０.９５４６０.４
２.９４ＷＷ
０.４５６９
０.４３１
５８４.４１Ｔｃ/Ｋ
Ｒａ
２８９８６１.９
２.７４
㊀㊀驱动电路主要由直流稳压电源㊁ＷｉＦｉ模块㊁ＳＴＭ３２￣ＡＲＭ模块㊁Ｒ/Ｇ/Ｂ/ＷＷ四合一ＬＥＤ光源模块组成ꎬ如图３所示ꎮ直流稳压电源将市电转换为电压为１２Ｖ的直流电ꎬＷｉＦｉ模块接收由手机端自主设计的调光ＡＰＰ发出的各占空比比例信号ꎬ将信号反馈到ＳＴＭ３２￣ＡＲＭ模块ꎬＳＴＭ３２￣ＡＲＭ模块根据占空比与光通量关系控制Ｒ/Ｇ/Ｂ/ＷＷＬＥＤ光源模块混合比例ꎬ从而控制各ＬＥＤ的混合比例完成调光混实验
[１４￣１５]
ꎮ㊀
DC
power supply
Wifi
STM 32鄄ARM module &
auxiliary circuits
J 1
J2
J3
J4
J5
R LED G LED B LED WW LED
Four 鄄in 鄄one RGBW lamp
beads
图３㊀Ｒ/Ｇ/Ｂ/ＷＷ四合一光源模块驱动电路原理图
Ｆｉｇ.３㊀Ｒ/Ｇ/Ｂ/ＷＷｆｏｕｒ￣ｉｎ￣ｏｎｅｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅｍｏｄｕｌｅｄｒｉｖｅ
ｃｉｒｃｕｉｔｓｃｈｅｍａｔｉｃ
.
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㊀第１２期田会娟ꎬ等：基于ＰＷＭ调光的高显性白光ＬＥＤ混光优化方法１５４１
㊀３.２㊀实验用光源模块占空比与光通量关系光通量与占空比存在线性关系[１６]ꎬ利用远方光
电公司的ＨＡＳＳ￣２０００光谱分析系统测试得出Ｒ/Ｇ/
Ｂ/ＷＷ四ＬＥＤ在[０ꎬ１００]占空比Ｄ范围内所对应的光通量φ值ꎬ采用Ｏｒｉｇｉｎ软件对测试得到的φＲ㊁
φＧ㊁φＢ㊁φＷＷ与相应的占空比ＤＲ㊁ＤＧ㊁ＤＢ㊁ＤＷＷ进行线性拟合ꎬ得到基于本文所用光源的四ＬＥＤ光通量
与占空比间的关系ꎬ结果如图４所示ꎮ由图４可以看
出φ和Ｄ线性拟合度高ꎬ其相关系数Ｒ２在０.９９９５２~
０.９９９９２之间ꎬ同时可得该ＬＥＤ模组中各光源的光通量与占空比的关系:
ＤＲ
＝(φＲ－４.７６８８０)/５.６４０９５ＤＧ＝(φＧ＋８.８０３８７)/８.６７７３８
ＤＢ＝(φＢ＋１.０６２０７)/２.２２８２４Ｄ
ＷＷ＝(φＷＷ＋９.３７１２２)/５.９３１９８
ìîí
ïïïï.(９)
70060020
100
φR
D R
806040
0（a ）
R 2=0.99952
500400300200100090020100
φG
D G
8060400（b ）
R 2=0.99984
750600450300150
024020020
100
φB
加热搅拌反应釜
D B
80
6040
（c ）R 2=0.99992
160120
80
400
700
实物展示台60020100
φWW
D W W
8060400
（d ）
R 2=0.99971
500400300200100
0图４㊀Ｒ/Ｇ/Ｂ/ＷＷ四ＬＥＤ占空比与光通量间的关系ꎮ(ａ)φＲ￣ＤＲꎻ(ｂ)φＧ￣ＤＧꎻ(ｃ)φＢ￣ＤＢꎻ(ｄ)φＷＷ￣ＤＷＷꎮ
Ｆｉｇ.４㊀ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｄｕｔｙｃｙｃｌｅａｎｄｌｉｇｈｔｆｌｕｘｏｆＲ/Ｇ/Ｂ/ＷＷｆｏｕｒｃｏｌｏｒＬＥＤ.(ａ)φＲ￣ＤＲ.(ｂ)φＧ￣ＤＧ.(ｃ)φＢ￣ＤＢ.
(ｄ)φＷＷ￣ＤＷＷ.
３.３㊀实验结果及分析３.３.１㊀最优显性
根据公式(２)㊁(３)㊁(７)可知ꎬ在不同温下
取不同的ｒ值会得出不同的Ｒ/Ｇ/Ｂ/ＷＷ四ＬＥＤ混合白光的配光比ꎬ不同的配光比会影响显性能ꎬ故需要在一定温下得出最优的显指数ꎬ同时获取四ＬＥＤ光源模块在最优显指数下的占空比
ꎮ在调光约束范围内ꎬ沿黑体轨迹取Ｔｃ分别为３０００ꎬ５０００ꎬ７０００Ｋ时各自对应的ＣＩＥ坐标(０.４３７ꎬ０.４０３９)㊁(０.３４５２ꎬ０.３５１５)和(０.３０６５ꎬ０.３１６４)ꎬ光通量设定为５００ｌｍꎬ占空比在[１ꎬ１００]范围内ꎬ改变ｒ值ꎬ得出不同ｒ下的Ｒ/Ｇ/Ｂ/ＷＷ四ＬＥＤ各光源的光通量比例ꎬ经公式(８)㊁(９)转换为占空比值ꎮ测试实验结果如表２和图５所示ꎮ由表２可知ꎬ相关温
和光通量的设定值与测量值一致性较好ꎬ３种相关温设定值与测量值的平均相对误差分别为
１.１８％㊁１.４３％和１.０２％ꎬ３种温下光通量设定值与测量值平均相对误差分别为２.０４％㊁１.４８％和１.７１％ꎮ同时ꎬ进一步分析了该Ｒ/Ｇ/Ｂ/ＷＷ四ＬＥＤ光源模型的显性能ꎬ如图５所示ꎮ当设定相关温为３０００Ｋ时ꎬ显指数随着ｒ的增大先增大后减小ꎬ最高显指数可达９５.３ꎮ同样ꎬ在设定相关温为５０００Ｋ和７０００Ｋ下ꎬ显指数也是随着ｒ的增大先增大后减小ꎬ但趋势不同ꎬＴｃ＝５０００Ｋ时显指数可达９６.２ꎬＴｃ＝７０００Ｋ时显指数有所降低ꎬ最大值为９６.１ꎮ当Ｔｃ＝３０００Ｋ时ꎬ红㊁绿㊁蓝ＬＥＤ组成的光谱缺少琥珀段光谱ꎬ这段光谱刚好可由暖白光补充ꎬ故最高显指数可达９５.３ꎻ在５０００Ｋ时ꎬ由于蓝光. All Rights Reserved.
１５４２㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报
第４０卷
表２㊀光通量为５００ｌｍ时ꎬ３种相关温情况下设定值与测试值对比
Ｔａｂ.２㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｓｅｔｖａｌｕｅｓａｎｄｔｅｓｔｖａｌｕｅｓｆｏｒｔｈｒｅｅｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｃｏｌｏｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｗｈｅｎｔｈｅｌｕｍｉｎｏｕｓｆｌｕｘｉｓ５００ｌｍ
Ｓｅｔｒ
Ｍｅａｓｕｒｅｄφ/ｌｍ
Ｒｅａｌｔｉｖｅｅｒｒｏｒｏｆφ/％
Ｔｃ/ＫＲｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｏｆＴｃ/％
３０００Ｋ
０.０５４８５.５２２.９０３１２１４.０３０.１０４９５.７６０.８５２９８９０.３７０.１５４８０.２６３.９５３０７０２.３３０.２０
４８４.８６３.０３３００３０.１００.２５４８５.３３２.９３２９９７０.１００.３０４８５.８５２.
８３２９９６０.１３０.３５４９１.１５１.７７３０７２２.４００.４０４９７.２６０.５５３０６７２.２３０.４５４９３.９９１.２０３００３０.１００.５０５０１.８８０.３８２９９９０.０３５０００Ｋ
０.２０４９８.９２０.２２５１５５３.１００.２５４８８.５４２.２９５１２２２.４４０.３０４８６.７７２.６５５１０１２.０２０.３５４８４.７１３.０６５１０３２.０６０.４０
４７２.１０５.５８５０４８０.９６０.４５４９２.７９１.４４４８９８２.０４０.５０４９３.９６１.２１４９７９０.４２０.５５４９８.２２０.３６４９５６０.８８０.６０４９３.７３１.２５５０５３１.０６０.６５５００.３６０.０７５０２１０.４２０.７０
５０２.３５０.４７５０１９０.３８０.７５５００.２９０.０６４９２０１.６００.８０４９６.８５０.６３４９４２１.１６７０００Ｋ
０.３０４９３.３９１.３２６９７９０.３００.３５４９１.８５１.６３６９５９０.５９０.４０
４８８.８４２.２３６９５２０.６９０.４５４８８.４４２.３１６８９６１.４９０.５０４９０.０２２.００６８１８２.６００.５５４８６.４４２.７１６９７４０.３７０.６０４９２.６８１.４６６９６７０.４７０.６５４９８.７２０.２６６８３５２.３６０.７０
４９２.６５
１.４７
６９７７
０.３３
950.1Flux ratio r C o l o r r e n d e r i n g i d e x R a
0.20.30.40.50.6
090100
858075706560
950.2Flux ratio r
C o l o r r e n d e r i n g i d e x R a
0.40.50.60.890100858075706540
950.3Flux ratio r
C o l o r r e n d e r i n g i d e x R a
0.40.50.60.70.8
0.2
90100858075706560556050450.10.30.70.9
图５㊀显指数Ｒａ随混光比ｒ的变化ꎮ(ａ)Ｔｃ＝３０００Ｋꎻ(ｂ)Ｔｃ＝５０００Ｋꎻ(ｃ)Ｔｃ＝７０００Ｋꎮ
Ｆｉｇ.５㊀ＣｏｌｏｒｒｅｎｄｅｒｉｎｇｉｎｄｅｘＲａｖａｒｉｅｓｗｉｔｈｔｈｅｌｉｇｈｔｍｉｘｉｎｇｒａｔｉｏｒ.(ａ)Ｔｃ＝３０００Ｋ.(ｂ)Ｔｃ＝５０００Ｋ.(ｃ)Ｔｃ＝７０００Ｋ.
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