Регулирование цветовой температуры играет решающую роль в светодиодных светильниках в высококлассных коммерческих и частных помещениях. Например, обычный встраиваемый светильник в офисе может стоить от 150 до 300 евро. Встроенная светодиодная лента, вероятно, будет стоить менее четырех евро в списке запчастей. Эта область для ценообразования дает производителю возможность включить дополнительные функции и дифференцировать себя от других производителей, особенно от более низкого ценового диапазона.
Особенно привлекательной характеристикой здесь является возможность настройки цветовой температуры. Диапазон простирается от 6500 К с очень холодным белым до 2200 К и очень теплым белым. Однако нельзя было бы выбирать такой широкий диапазон цветовых температур для обычного офисного освещения. Цветовая температура от 2700 до 5000 K и сложная электроника управления достаточны для типичного встраиваемого светильника. Пользователь может установить желаемую цветовую температуру в соответствии со своими потребностями. Ключевое слово здесь - Human Centric Lighting (HCL), чтобы установить цветовую температуру в соответствии с ежедневным ритмом человеческого тела.
Картинная галерея
Например, регулируемая система белого освещения может светить больше синего в середине дня, но может становиться теплее (то есть желтоватым) в течение часа, что может уменьшить неблагоприятное воздействие синего света на ночной сон. Исследования показывают, что контроль цветовой температуры искусственного света в организме человека вызывает гормональную реакцию, которая не только повышает продуктивность в течение дня, но и предотвращает усталость. Вечером, однако, расслабление и сон способствуют. Вопрос для индустрии освещения заключается не в том, реализует ли она настройку цветовой температуры, а в том, как это сделать. В настоящее время для контроля цветовой температуры используются три метода. Основное внимание уделяется сенсорному контролю.
Три метода контроля цветовой температуры
Простейшим, но также и наиболее неточным методом управления цветовой температурой является управление светодиодами холодного белого и теплого белого цвета с помощью микроконтроллера, который изменяет управляющие токи с помощью таблицы значений. Если вы тщательно охарактеризуете светодиоды и используете точный светодиодный драйвер, вы можете добиться довольно приличного результата, но с ограничением, что это новый светильник в лабораторных условиях. Как только светильник используется в реальных условиях, этот подход быстро достигает своих пределов с учетом разнообразных условий окружающей среды и того факта, что свойства светодиодов меняются со временем.
Промышленный светодиод
Что нужно учитывать при выборе светодиодов в промышленности
Цветовая температура светодиода и его световой поток изменяются при уменьшении яркости или при отклонении температуры окружающей среды от значений, указанных в технических характеристиках. Этот диапазон изменений влияет на точность контроля цветовой температуры. Человеческий глаз различает разницу между двумя источниками света в несколько тысяч раз. Вот почему мы сразу распознаем отклонения. По мере старения светодиода различия увеличиваются по мере того, как их фактическая производительность отодвигается от значений таблицы данных.
Второй способ контроля цветовой температуры - работа с более тонкой таблицей значений. Изменения в поведении светодиодов в зависимости от рабочей температуры и старения включены в гораздо более сложную таблицу значений. Вместе с усовершенствованным управлением током светодиодов, которое компенсирует различия в драйверах светодиодов через контур управления, метод обеспечивает более точные результаты, чем первый метод, особенно в течение более длительных периодов. При чистом исполнении цветовая температура уже откалибрована на производстве, поэтому небольшие различия в цвете между отдельными источниками света устраняются в процессе производства. Хотя этот метод значительно лучше, чем первый, он имеет некоторые недостатки:
- Увеличение стоимости компонентов для компенсации температуры и тока,
-
Высокоточные драйвера многоканального LED
требуются
- Высокая зависимость от исходных характеристик светодиодов и прогнозов старения. За десять лет жизни почти каждый прогноз будет отличаться от реальности. Поскольку рынок светодиодов очень динамичен, модель может относиться к более старому типу светодиодов, чем фактически устанавливается, что может привести к дальнейшим отклонениям. Производитель нити накала связан с первоначально выбранными светодиодами, потому что любое изменение приведет к полной повторной характеристике для сопоставимых результатов.
СОВЕТ ПО СЕМИНАРАМ Семинар «Светодиодное освещение в электротехнической практике» дает базовые знания о требованиях к электрическим характеристикам светодиодных светильников.
Следующая информация
Датчик регулирует цветовую температуру светодиода
Третий метод непрерывно измеряет смешанный свет с помощью калиброванного датчика цвета внутри светильника. Встроенный микроконтроллер непрерывно регулирует две светодиодные цепи на основе измеренных значений от датчика. Цветовая температура адаптируется к измененному внешнему освещению, старению или затемнению. Такая система обратной связи не должна ничего знать о светодиодах, даже о номинальной цветовой температуре. Это не требует прогнозирования моделей о старении и температурном поведении светодиодов. Нет необходимости в тщательно отобранных светодиодах, нет дозированных партий с точной цветовой температурой. Если датчик предварительно откалиброван, дальнейшая калибровка светильника в производстве не требуется.
Метод контроля цветовой температуры с помощью датчика уже дает лучшие результаты с новыми источниками света, чем с двумя другими методами. Свет адаптируется к реальности и не работает с предсказаниями. Со временем преимущество этого метода возрастает еще больше, поскольку сенсорный метод всегда одинаково хорошо работает в течение срока службы нити, тогда как производительность первых двух подходов неизбежно снижается со временем. Сенсорный метод также дает преимущества с точки зрения затрат из-за менее строгой спецификации светодиодов и источника питания. Производитель светодиодных светильников может выбирать более широкий диапазон цветов и использовать более гибкие, дешевые или лучше доступные светодиоды или даже те, которые находятся за пределами целевого диапазона настройки цветовой температуры. Хранение также упрощено. Кроме того, время и деньги можно сэкономить на производстве, поскольку калибровка светильника больше не требуется.
Комплексный подход к сенсорному решению
Вы можете самостоятельно разработать сенсорное решение для белого света с регулируемой цветовой температурой. Требуется всего несколько компонентов: высококачественный датчик цвета, микроконтроллер и некоторые фирменные алгоритмы управления токами светодиодов в соответствии с измерениями датчика. И все же разработка такого программного обеспечения является сложной. Требуются различные специальные знания, например, в отношении метода диммирования для непрерывного изменения интенсивности света и цветовой температуры, в программировании встроенных систем, в оптическом дизайне, в характеристике оптических систем и в программировании управляемых систем, чтобы избежать колебаний или ошибок синхронизации. Как это часто бывает в дизайне электроники, готовое интегрированное решение экономит, говорят о SoC = System on Chip,пространство и деньги за контроль цветовой температуры. Это быстрее и проще для разработчика системы.
Австрийский производитель ams предлагает такое интегрированное решение для регулировки цветовой температуры в двух версиях: в качестве Smart Lighting Manager и в качестве Smart Lighting Director. Модуль AS7221. является Smart Lighting Manager и самостоятельно регулирует цветовую температуру. Он включает в себя датчик цвета XYZ и небольшое ядро процессора в корпусе 4,5 мм х 4,7 мм х 2,5 мм. Датчик XYZ имеет кривую цветовой чувствительности, которая соответствует человеческому глазу. Надежные фильтры помех встроены в чип. Они генерируются в ходе процесса CMOS и являются чрезвычайно стабильными в течение времени и температуры.
В своей недорогой версии Smart Lighting Manager имеет многоканальный выход, который подает сигнал 0-10 В или ШИМ на драйвер светодиода. Два дополнительных канала ШИМ управляют переключающими транзисторами на конце цепей теплого белого и холодного белого светодиодов и регулируют ток таким образом, чтобы две светодиодные цепи генерировали целевую цветовую температуру.
Быстро настроить систему сенсорного управления
AS7225 - это так называемый Smart Lighting Director со встроенным высокопроизводительным цветным сенсором XYZ и логикой. Система постоянно рассчитывает соотношение, в котором две светодиодные цепи должны излучать свет для желаемой цветовой температуры. Результаты передаются процессору приложения в элементарной нити, который затем реализует эти инструкции, а также управляет DALI или другими сетевыми сигналами. Использование Smart Lighting Manager - это самый быстрый способ внедрения системы сенсорного управления. Вам не нужны никакие другие элементы управления. Smart Lighting Manager также предлагает встроенную поддержку для некоторых дополнительных датчиков, таких как датчик внешней освещенности и других датчиков окружающей среды, таких как температура,Влажность воздуха и качество воздуха на основе ЛОС (ЛОС = летучие органические компоненты). Использование Smart Lighting Director подходит для конструкций, которые уже оснащены микроконтроллером.
В системе управления датчиком датчик абсолютно требует репрезентативного просмотра смешанного света от обеих цепочек светодиодов. Для этой цели датчик может быть расположен на монтажной плате светодиодов, а световод может быть предусмотрен на краю отражателя или корпуса светового элемента, который направляет смешанный свет на датчик света. Датчики от производителя ams предлагают угол обзора 45 °. Они могут быть гибко адаптированы к различным полям зрения или характеристикам смесительной камеры.
В заключение можно констатировать, что установка сенсорной системы в светодиодном светильнике в первую очередь экономит затраты на компоненты. Кроме того, необходимы менее узкие компоненты, и разработчик все же содержит более точную настройку цветовой температуры используемого светодиода.
Эта статья впервые появилась на нашем партнерском портале Elektronikpraxis.de.
* Том Гриффитс - старший менеджер по маркетингу световых и спектральных датчиков в ams в Австрии.
Файлы статей и ссылки на статьи
Ссылка: Эта статья была опубликована в специализированном журнале ELEKTRONIKPRAXIS, выпуск 24/2018 (скачать PDF)