一种光度色度参数稳定的动态光源设计方法

摘要

本发明公开一种光度色度参数稳定的动态光源设计方法，给出了依据冷白LED光源和暖白LED光源光度色度参数，混合得到所希望色温及光通量动态照明光源的分析过程。本发明通过混色光源所需的色温和光度量，来获得冷白LED光源和暖白LED光源输出控制占空比，可稳定地获得混色光源所需的光度色度参数，方便实用。本发明采用色温约束条件替代了现有技术中的色度约束条件，减小了由于LED芯片的结温的不断升高而导致其色度量变化，进而对电路控制精度的影响，使得实际设计过程中其应用一目了然。本发明计算过程简便，实际设计混色光源参数的分析过程和人们选择光源的性能指标参数一致，具有很好的直观性和实用性。

主权项

一种光度色度参数稳定的动态光源设计方法，将冷白LED光源和暖白LED光源混合为希望得到的混色光源，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据混色光源的色温计算其色度坐标：由色温计算公式:T＝669×A⁴‑779×A³+3660×A²‑7047×A+5652  (1)式中，T为色温，A为等色温线斜率的倒数，A表示为$A=\frac{x-0.329}{y-0.187}---\left(2\right)$式中，x、y为等温线上任意一点的混色光源的色度坐标，则得出等温线方程：$y=\frac{1}{A}x+0.187-\frac{0.329}{A}---\left(3\right)$将冷白LED光源的色度坐标记为(x₁，y₁)，暖白LED光源的色度坐标记为(x₂，y₂)，则混色光源的色度坐标表示为：$y=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}\times x+y_2-\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}\times x_2---\left(4\right)$式中，x∈[x₁,x₂]；令$k_1=\frac{1}{A},b_2=0.187-\frac{0.329}{A},k_2=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1},b_2=y_2-\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}\times x_2,$结合公式(3)和公式(4)，则混色光源的色度坐标表示为：$x=\frac{b_1-b_2}{k_2-k_1};$步骤2：对混色光源的光度量进行表示：已知冷白LED光源和暖白LED光源的占空比分别为D₁、D₂，冷白LED光源和暖白LED光源在满电流工作下光度量分别为Y_C、Y_W，则混色光源的光度量表示如下：Y_h＝Y_C×D₁+Y_W×D₂  (6)即Y_h＝Y₁+Y₂  (7)式中，Y_h为混色光源的光度量，Y₁＝Y_C×D₁为冷白LED光源实际发出的光度量，Y₂＝Y_W×D₂为暖白LED光源实际发出的光度量；步骤3：根据混色光源的色温计算在恒定光通量输出时的占空比：混色光源的色度坐标与冷白LED光源的光度量Y₁与暖白LED光源的光度量Y₂的关系式如下：$x=\frac{Y_2\times y_1\times x_2+Y_1\times y_2\times x_1}{Y_1\times y_2+Y_2\times y_1}---\left(8\right),$于是有$Y_2=Y_1\times \frac{y_2\times (x-x_1)}{y_1\times (x_2-x)}---\left(9\right),$利用格拉斯曼颜色混合定律和光度条件得到：$\left\{\begin{array}{c}{Y}_1=\frac{Y_h\times y_1\times (x_2-x)}{y_2\times (x-x_1)+y_1\times (x_2-x)}\\ Y_2=Y_h-Y_1\end{array}\right.---\left(10\right)$结合式(6)和式(10)，得到达到混色光源的色温时，冷暖LED光源所需要的占空比的值：$\left\{\begin{array}{c}{D}_1=\frac{Y_h\times y_1\times (x_2-x)}{Y_C\times [y_2\times (x-x_1)+y_1\times (x_2-x)]}\\ D_2=\frac{Y_h\times y_2\times (x-x_1)}{Y_W\times [y_2\times (x-x_1)+y_1\times (x_2-x)]}\end{array}\right.---\left(11\right);$步骤4：计算约束条件如下：色温约束条件：由式(7)和式(9)可得$\frac{x-x_1}{x_2-x}=\frac{(Y_h-Y_1)y_1}{Y_1{y}_2}---\left(11\right)$令$m=\frac{(Y_h-Y_1)y_1}{Y_1{y}_2},$则当冷光源的输出光通量Y₁取最大值Y_C，即$m=\frac{(Y_h-Y_C)y_1}{Y_C{y}_2}$时，m的取值最小，于是有$x\ge \frac{m{x}_2+x_1}{m+1}---\left(12\right)$同理有$\frac{x_2-x}{x-x_1}=\frac{y_2(Y_h-Y_2)}{y_1{Y}_2}---\left(13\right)$令$n=\frac{y_2(Y_h-Y_2)}{y_1{Y}_2},$则当暖光源的输出光通量Y₂取最大值Y_W，即$n=\frac{y_2(Y_h-Y_W)}{y_1{Y}_W}$时，n的取值最小，于是有$x\le \frac{n{x}_1+x_2}{n+1}---\left(14\right)$综合式(12)和式(14)，则有$\frac{m{x}_2+x_1}{m+1}\le x\le \frac{n{x}_1+x_2}{n+1}---\left(15\right);$将已知冷暖LED光源的光度和色度参数代入式(15)，并结合等温线方程，则可计算得出已知输出光通量时的色温调节范围。