2019 年 6 月
光源与照明
2019 年第 2 期
康玉柱 上海三星半导体有限公司，上海 200051
摘 要：文章主要对 LED 灯的调光调基本原理做了阐述，讨论了调光和调的计算模型并给出证明，指出了常见误解。最后 介绍了三星 LED 与产品配套的常用光度度计算工具。
关键词：调光调；LED；坐标；光谱
引言
近年来基于 LED 的调光调照明产品不断涌现， 这得益于 LED 光谱多变和易于调整，也得益于控制方 案和驱动技术的长足发展。越来越多的企业推出了自 己的调光调产品线，往往称之为智能照明产品。
相 比市场如火如荼的发展，系统阐述调光调基本原理 的书籍 [1] 和文章 [2] 却不多，这导致很多刚入门的智 能照明工程师需要自己搜集整理零碎知识加以消化和 学习，很可能会产生误解。文章分别对调光和调的 基本原理做了阐述，并指正常见误解。
调光理论
调光指通过改变驱动电流调整 LED 灯的光通量， 达到调整照明产品亮暗程度的目的。调整方法主要有 两种：一种是连续调整驱动电流绝对值的大小；一种 是恒定驱动电流大小，调整电流通断的占空比。前者 优点是易于理解，无需特殊处理即可做到无频闪，缺 点是控制不精确，电源效率不固定，LED 正向导通电 压变化等。后者的优点是瞬态光通量基本固定，便于 模拟计算，控制方便准确，基本没有缺点。故在实际 应用中，后者为大多数选择。当用占空比调整光通量 时，光通量的平均值与占空比成正比，并且数值小于 平均电流对应的光通量，这是初学者容易产生误解的 地方之一。以下做简单的推导证明。 对 LED 来说，由于其自身特性，电流为零时光通 量为零，光通量随电流增大而增大，但并非线性增加， 往往呈现为上凸曲线，如图 1 所示。温度监控系统
光通量/lm
· 38 ·
驱动电源/mA 图 1 光通量随电流变化曲线
用 ( ) 来表示占空比函数，占空比函数是以 为周期的周期函数，具体表达式如式 (1) 所示。
（1）
其中， =0, 1, 2, …； 为占空比，即导通时 间占整个周期的比例， ∈ [0,1]。 ( ) 的示意图像 如图 2 所示。
图 2 占空比函数示意曲线
光通量 与驱动电流 是上凸函数关系，故有
2
2 <0
（2）
那么，驱动电流平均值为
=1 （)
（3）
0
光通量平均值为
( )= 1 （ ) （
（）
（4）
0
以下来分析光通量的平均值和电流平均值对应的MOSFET裸片
光通量哪个大。构造差异函数如下，
( )= ( )- ( )= )- ( )
（5）
对 求一阶导数可得，
太阳能整体浴室= [ )- ( )]≤0
（6）
一阶导数小于零的原因是根据式 (2) 可得到 )
为单调递减函数，从而可知
) 为单调递减函数，
故有
( )< (0)=0
（7）
进而可得，
( )< ( )
（8）
ei硅钢片即光通量的平均值小于电流平均值对应的光通量。
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2019 年第 2 期ic卡防水水表
调理论
调一般是在调光的基础上，设置两路 LED，一 路低温，一路高温，通过控制每一路的占空比来 控制低温和高温的比例。除此之外也有加入 RGB 等单光的，例如彩球泡灯，原理大同小异，此处 以两路高低温调整为例。基本原理是根据两路 LED 的相对光谱和光通量，倒推出两路 LED 的绝对光谱， 将绝对光谱相加后再计算坐标、温、显指等度 参数。常见误区是初学者认为混合光谱的坐标与原 始两路坐标按照各自光通量的比例成线性关系，事 实上这一般是不成立的。以下做简单的推导证明。
设两绝对光谱分别为 ( )， ( )，混合绝对光 谱为 ( ) = ( ) + ( )，则三个光谱的坐标分 别为，
( )， ( )， ( ) 为三刺激值。另设 ( ), ( ) 的光通量分别为 P， Q 即
（14）
以下推导证明两个事实。 (1)
三点共线，即
（15）
(2) 通常混合点的位置与原始点的光通量无 线性关系，即下式一般不成立
（9）
（16）
（10）
下面证明第 1 个事实。 将式 (9) (10) (11) 有关等式代入式 (15) 左边，
化简可得
（17）
其中，
（11）
将式 (9) (10) (11) 有关等式代入式 (15) 右边， 化简可得
（12）
（18）
（13）
即式 (15) 左右两边相等，得证。 下面证明第 2 个事实。 根据式 (16) 第一个等式，将式 (9) (10) (11) (14) 代入化简，并考虑式 (12) (13)，得下式
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（19）
再根据式 (9) 和式 (10) 可得
P= Q
（24）
即当且仅当两原始光谱坐标的纵坐标相等时，
式 (16) 才成立。
此外，若式 (20) 前一个因式为 0，可得
进一步化简可得
· （20）
根据式 (16) 第二个等式，将式 (9) (10) (11) (14) 代入化简，并考虑式 (12) (13)，得下式
（21）
进一步化简可得 （22）
比较式 (20) 和式 (22) 可知，式 (22) 成立是式 (16) 成立的充要条件。式 (22) 进整理可得
（23）
（25）
再根据式 (9) 和式 (10) 可得
P= Q
（26）导线分流器
即当两原始光谱坐标的横坐标相等时，式 (16)
第一个式子也成立。
计算工具
实际模拟计算时，如果每个 LED 都先测试再混 计算则比较繁琐，故一般国际品牌 LED 厂商都会提供
自有产品数据库，并可计算模拟结果，基于这一结果 往往可以大幅减少工程师的设计和试验时间。某 LED 厂商在上提供基础计算工具 Circle-B，并提供 Excel 版的度计算工具 Circle-C，其主要功能为计算和比 较 f、 g，界面如图 3 所示，进行混光计算，界面如 图 4 所示，专用于两路冷和暖的调光调计算， 界面如图 5 所示。每个界面都可以选择该 LED 厂商的
所有产品，后两个界面还可设置使用条件，例如驱动
电流和管脚温度等，非常方便实用。工具中关于容 差的计算原理具体可参看文献 [3]。此外，该 LED 厂商
还提供混合更为复杂植物照明用光谱模拟计算工具， 界面如图 6 所示，可以选择植物照明产品，并计算植
物照明的一些主要表征参数。
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图 3 计算和比较 f， g 界面
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图 4 混光计算界面 图 5 专用于两路冷和暖的调光调计算界面
图 6 植物照明用光谱模拟计算界面
结论
文章介绍了调光和调的基本原理，证明了光通 量的平均值小于电流平均值对应的光通量，两路光谱 原始点和混合光谱点三点共线；混合光谱的坐 标与原始两路坐标按照各自光通量的比例成线性关 系一般不成立，仅当原始两路点的纵坐标相等时才 成立等事实。一些 LED 厂商提供了多种用于调光调
（含植物照明用）的计算工具，可以大幅减少工程师设 计和试验的工作量。
参考文献
[1] 杨恒, 林太峰, 康玉柱. LED 调光技术及应用 [M]. 北京： 中国电力出版社, 2016.
[2] 李东鹏, 董孟迪, 孙耀杰, 等. 白光混光优化算法研究 [J]. 光源与照明, 2015 (3): 1-4.
[3] 康玉柱. 容差标准比较及应用 [J]. 中国照明电器, 2018 (10): 22-32.
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