【摘 要】
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发光二极管LED因绿色环保、节能高效、色彩丰富、寿命长等优点而成为第四代照明光源的代表。随着人们生活水平的提高,目前,对LED照明质量的要求已不再局限于的高光通量和高光效等可视化照明质量,而是对与照明的非视觉生物效应息息相关的健康化照明和智能化照明有更高要求。本课题从LED新型光输出模型和非视觉生物效应相关的健康化照明建模入手,研究一种智能化LED健康照明控制策略,具体如下。首先,本文介绍了LED
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发光二极管LED因绿色环保、节能高效、色彩丰富、寿命长等优点而成为第四代照明光源的代表。随着人们生活水平的提高,目前,对LED照明质量的要求已不再局限于的高光通量和高光效等可视化照明质量,而是对与照明的非视觉生物效应息息相关的健康化照明和智能化照明有更高要求。本课题从LED新型光输出模型和非视觉生物效应相关的健康化照明建模入手,研究一种智能化LED健康照明控制策略,具体如下。首先,本文介绍了LED健康照明的研究和发展,分析了现有LED照明技术的发展现状,详细论述了LED的视觉效应与非视觉生物效应、色温控制、发热控制以及无线通信控制技术在LED照明的应用情况,得出非视觉生物效应是LED健康照明的研究重点。其次,本文研究了LED新型光输出模型,并通过与CREE公司多款各色大功率LED芯片光学实测数据对比得到各模型最大误差如下:可视光通量为4.9%,光效为7.2%,发光系数为3.9%,光电流为1.51%,光功率为1.54%。同时,本文根据LED新型光输出模型搭建了LED的PSIM电路仿真模型,通过对大功率CREE的芯片PWM调光验证得到仿真值与实测值之间最大误差如下:电压为1.99%,热沉温度为5℃,可视光通量为4.698lm。因此LED的PSIM电路仿真模型能较准确反应LED的光电热特性。接着,本文提出了LED健康化照明控制策略。根据可视光通量的模型类比得到非视觉生物效应的光通量函数,并进一步建立司辰节律因子与电流模型和多色LED混光CAF模型。通过与CREE公司的三款大功率LED芯片实测CAF值比较得,CAF模型的最大误差为5.9%;CREE公司色温4500K白光LED与蓝光LED混光CAF值与实测值的最大误差为3.12%。根据新型可视光通量模型和司辰节律因子CAF模型,本文分别构建了LED健康化照明控制策略中的可视光通量控制环和司辰节律因子控制环,并且通过仿真研究验证了LED健康化照明控制策略的可行性。最后,本文搭建了一台蓝、白光两路LED混光照明驱动实验样机,结合无线Wi Fi智能调光技术和LED健康化照明控制策略,将两款白光CREE(3000K)LED芯片和CREE(4500K)LED芯片分别与蓝光LED芯片进行混光实验研究。两种混光实验研究结果表明:在智能调光的范围内,合成光的可视光通量实验值与理论值之间最大误差分别为6.8%、4.9%;司辰节律因子CAF实验值与理论值最大误差分别为6.7%、6.2%。实验研究验证了基于智能化LED健康照明控制策略的正确性和可行性。
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