基于PWM和RGBW混色算法的LED驱动控制

在水下灯景观应用中，对灯具色温的稳定性要求很高，因此根据LED光源的基本电气特性，应采用******的恒流驱动方式，使光输出稳定可靠。调光方式应采用PWM(脉宽调制)的方式，保证在LED调光时的色温(白色)或波长(彩色)不致发生变化。LED灯具与卤钨灯具调光过程色温变化对比如图1所示，可以看出LED灯具在调光过程中色温是不变的。


 图1卤钨灯及LED光源色温随温度变化曲线
混色算法是控制光源调光混色，输出符合要求的色光的关键环节。根据PWM调光的基本原理，改变红光、绿光、蓝光和白光LED驱动电流的占空比，可以改变各自色光的强度，通过不同占空比的组合，就可以得到不同混合比例的光色。
根据色度学计算，若采用确定的RGB三种LED光谱混出2300K~3200K范围某个色温的白光，只会有***的混色比例。但只利用RGB三种颜色混色，混出的光谱是不连续的，有很多可见光波段光谱能量为0，显色性会很差。而采用RGBW四种颜色混出某个色温点的白光，混色比例会有无穷多种，每种比例对应一种同色异谱光。
对于照明灯具来说，由于显色指数是非常重要的一个指标，显色指数不合格会导致被照明的物体颜色出现明显差异，无法使用。因此，需要从众多混色比例中筛选出显色指数***的一组比例来使用。
如图2所示是利用RGBW(其中W光源色温3200K，Ra=90)四种LED光源进行混色实现的3200K白光光谱。

图2RGBW混色光谱(色温3200K)

图2中光谱一般显色指数为Ra=95.0708，其中特殊显色指数R1到R15分别为：99.5533，95.7185，85.2074，93.8084，97.6345，93.3711，94.3570，95.9162，99.4148，88.1205，92.9515，79.5729，98.4708，92.9175，99.4494，完全满足水下灯具照明需求。
拟合黑体轨迹LED光源的调节效果黑体轨迹又称普朗克轨迹，定义为理想黑体在加热过程中随温度升高发出的光色在色品坐标下形成的轨迹线。由于卤钨灯是热辐射光源，发光原理与理想黑体相同，因此其色温变化时光色轨迹十分接近黑体轨迹。为了模拟卤钨灯光源的色温调节效果，计算出色品图中黑体轨迹上色温范围2300K~3200K的色品坐标，在显色指数***的约束条件下计算出各色品坐标对应的RGBW混色比例和占空比，***终控制光源发出相应色温的白光。
测试表明LED光源发出的白光，在色温2300K至3200K之间光色达到了拟合黑体曲线的效果，并且在色温2800K~3200K可以获得理想的一般显色指数(Ra>85)。