电视演播室用led灯光系统的方案选择.doc

电视演播室用LED灯光系统的方案选择 【摘 要】 本文就LED灯光系统的原理，电路架构及特性进行了比较详尽的阐述，主要就电视演播室用LED系统的PWM调光方案进行了说明。【关键词】 LED系统 占空比 色偏 PWM调光一、 概述LED灯光系统与现有的白炽灯、荧光灯、卤素灯和高压钠灯相比，LED光源具有几大明显的优点，包括：使用寿命长，可达5万到10万小时；节能省电，相同的照明效果比传统光源节能约80%以上；使用成本低；坚固、环保无辐射；废弃物可重新利用；不含汞等有害元素。LED光源技术日趋成熟，每瓦发光流明迅速增长，高功率LED的光输出已达到100流明/瓦，未来可达150流明/瓦。随着许多国家和地区相继出台限制低发光效率的光源，倡导绿色环保、高能效的应用。LED灯光系统以其绿色环保高能效的优良品质在很多领域内得到应用。小功率应用诸如标志灯、标识灯、阅读台灯、客厅射灯、家用餐灯、小夜灯照明，城市夜景观以及替代标准的白炽灯和卤素灯等。随着LED系统设计技术的飞速发展，LED灯光系统正跻身于灯光照明领域的高端应用，电视演播室的应用越来越成熟可行。二、 LED发光源的工作原理和特性LED灯光系统一般都由电源、LED驱动器、LED、透镜和基板几个部分组成。LED发光二极管是由半导体材料合成的二极管，电子和空穴结合以光子的形式释放出能量，因而具有发光特性。而其光源在靠近PN接口毫米以内产生，发光的波长取决于材料的特性，故此具有不同的发光颜色。系统中的关键器件是LED驱动器，它通过调节工作电压（电流）的大小来改变发光LED的亮度，在电视演播室应用中它必须能够提供一个恒流输出才能保证LED发出的光不会忽明忽暗，以及不会出现色偏现象，这点非常重要。LED灯光系统的关键性特性在于散热、高效率、低成本、调光无闪烁、大范围调光可能、可靠性、安全性和消除色偏。LED系统素以小巧紧凑而吸引人，这样就导致更高的功率密度，尽管单个LED的功耗不是很大，但是整个系统在长时间使用时，封装空间内温度可能会很高，需要采取必要的散热措施，目前流行的办法有：取电气隔离措施，可以实现最高效率的热传递，实现优化的流明输出；设计中尽量去掉对温度变化敏感的无源组件如电解电容等；采用调光解决方案是降低LED功耗的主要途径。LED系统的拓扑结构因应用的不同而有着不同的选择，小功率应用不需要功率校正可以采用简单的拓扑，如PSR或BUCK拓扑；稍高功率应用中要求进行功率校正，一般采用单级PFC、准谐振（QR）PWM或反激式拓扑；大功率应用诸如舞台灯光、电视演播室应用中，使用LED的一个关键驱动力就是可靠性和低功耗带来的低拥有成本。功率转换效率、PFC功能的高性价比实现和高颜色品质是目前面临的三大技术挑战。在电视演播室系统中可以采用传统的有源非连续模式功率因数校正电路和半桥谐振DC/DC转换电路，半桥谐振控制器工作在固定的开关频率和固定的占空比，并且此电路不需要输出侧的反馈控制回路，使得谐振DC/DC变换电路工作在效率最高的ZVS和ZCS状态，直流输出电压将跟随功率校正电路的输出。为了使得亮度稳定一致性，可以采用恒流驱动器来实现发光二极管的驱动，使二极管工作在固定电流模式下，亮度稳定性极高，且恒流驱动使得二极管长期工作在一定的电流下，能够维持其较长的使用寿命。三、 电视演播室应用中的LED系统调光方案LED调光方案及规范始终在不断地发展变化着，目前市场上存在着模拟、可控硅（TRAIC）及PWM（脉冲宽度调制）等主要调光方案。模拟调光的缺点是LED电流的调节范围局限在最大值至该最大值10%之间（调光范围10：1），由于LED的色谱与电流有关，这种方案不适合影视演播室的应用。可控硅调光方案也是一种过渡方案，同样存在着很多不尽如人意的地方。最终LED灯光系统的调光将是PWM（脉冲宽度调制）的一统天下，PWM是以一种快至足以掩盖视觉闪烁的速率（通常高于100MHz）在零电流和最大LED电流之间进行切换，这个占空比改变了有效平均电流，从而可以实现高达3000：1的调光范围（仅仅受限于最小占空比）。由于LED电流要么处于最大值，要么被关断，所以这种方法还具有能够避免在电流变化时发生色偏现象的优点，这一点尤其适合电视演播室灯光应用的要求。PWM调光方案的具体特点有以下几点： 性能很好，因为PWM调光输出功率采用了功率校正电路，可以提供最好的性能选择，效率更高； 用PWM调光从零光到最大光，始终不会有闪烁现象，不管调光程度有多大，允许LED一直在优化的和恒定的电流下工作； 在整个调光范围内LED颜色色调保持一致（颜色色调像流明输出一样随LED工作电流的变化而变化），不但能确保输出电流大小均匀，而且也能确保画面有极高的光暗对比度； 使用成本极低，用PWM调整占空比来调光，不需要太多额外的控制电路成本。四、 结