LED 调光调色的方法

摘要：针对

LED 动态照明的实现问题，本文提出一种基于两通道 PWM 的调光调色方法。

该方法通过分析

PWM 混光技术下的几何、光度、色度与电力约束条件，论证了两通道 PWM 

实现调光调色的确定性和局限性，建立了混合光的期望光度量、色度量与两通道占空比之间
的定量计算模型。利用该方法对高、低色温两种白光

LED 进行混光实验，模拟了自然光的照

度和色温变化，实测值与理论值之间的平均误差分别是

15 lx 和 23 K.实验结果表明，此方

法可以较好地实现预期光度、色度要求的光谱。

　　引

 言

　　

2002 年美国 Brown 大学 David Berson 等人在哺乳动物的视网膜上发现了第三种感光细

胞，它主要在调节人体内分泌、控制生理节律等非视觉生物效应方面发挥功能。照明设计也
从单一地考虑视觉功能逐步过渡到考虑视觉与非视觉双重功能上。研究表明，动态照明在治
疗失眠、减轻飞机时差效应、提高工作效率等方面发挥作用。

　　为实现

LED 的动态照明设计，需对光源的光色量进行实时地控制，调制出符合光生物

学要求的光谱。

　 　 这 里 的 光 色 量 是 光 度 量 和 色 度 量 的 合 称 。

LED  常 用 的 调 光 方 法 有 模 拟 调 光 和

PWM（Pulse Width Modulation）调光两种。前者是线性调节 LED 电流，后者是使用开关电
路以相对于人眼识别力足够高的频率来改变光输出的平均值。在调光过程中，防止色度量发
生偏移相当重要。产生色偏的因素主要有两个：正向导通电流和

P-N 结温度。模拟调光产生

的色差取决于两者，

PWM 则主要决定于后者。一般情况下 PWM 产生较小的色差（白光

LED 因结温引起的色差不超过 4SDCM），工程实践中多不考虑 PWM 调光产生的色差。

　　恒流驱动下的

PWM 具有以下特点：改变 LED 的占空比，光度量相应地线性改变而色

度量保持恒定。光度量和色度量都是整数倍于方波周期时间内的平均值。

PWM 也因具有较

宽的调节范围，在工程实践中得到了广泛应用。

　　目前对

PWM 调光调色的研究相对较少，此前尚缺乏一个利用 PWM 同时控制光源光

度量和色度量的量化计算方案。针对上述问题，提出了两通道

PWM 调光调色的混光模型，

建立了期望光色量与两通道占空比之间的一一映射。该算法能定量地调制出期望光度、色度
要求的光谱，为

LED 的动态照明设计提供了一个有效的实现方法。

　　

1 方 法

　　

1.1 两通道 PWM 调光调色的确定性