基于温度反馈控制的RGB汽车氛围灯应用研究

1、基于温度反馈控制的RGB汽车氛围灯应用研究随着人们对于汽车个性化、舒适性的要求逐渐提高,可变色的全彩汽车内饰氛围灯逐渐成为一种新的趋势。应用在汽车中的LED在使用寿命和可靠性等方面比普通LED的要求高很多,随着汽车级RGB单封装LED的出现,RGB氛围灯的设计也变得越来越灵活,比采用三颗R、G、B不同颜色的汽车级LED颗粒,更节省车内有限的宝贵空间,且混光更均匀。同时汽车内饰背光及其氛围灯对于颜色和亮度一致性要求很高,由于氛围灯的安装位置和工作温度各不相同,RGB中任何一个的颜色或亮度的变化都会引起最终混光的颜色和亮度变化,因此颜色一致性的控制成为RGB氛围灯的应用难点。本文从RGB混光的基本

2、原理和LED的特性出发,探讨了基于温度探测反馈的RGB汽车氛围灯颜色一致性控制方法。RGB混光的基本原理LED三原色混光时,遵循混光加法原理。如图1,在参与混光的RGB三色的LED光源光谱分布或色坐标确定的情况下,则可以混合出该三个点围成的三角形内的任意颜色。混光后的颜色由RGB三原色的光通量相对比例决定,混光的总亮度等于三原色的光通量总和。由于RGB三色LED的不同颜色的光强分布基本相同,因此光通量与其出光面法向量方向的发光强度之间的转换系数相同。在进行混光计算时可采用各种颜色的发光强度代替光通量。 图1RGB混光区域假设RGB三色的色坐标为:(x1,y1,(x2,y2,(x3,y3,参与混

3、光LED的发光强度分别为:Y1,Y2,Y3,混光后的色坐标为:(x,y,混光后的发光强度为:Y。则: RGB LED特性及混光控制的难点由上式13可知,混光颜色可以量化为与RGB三色的色坐标和亮度的关系式, RGB三色的色坐标或亮度中任何一个参数值变化都会导致最终混光的颜色和亮度的变化。LED的亮度和颜色与其工作电流及结温相关。我们以OSRAM的汽车级LRTB GVSG为例,分析电流和温度对于RGB LED的颜色和亮度的影响。从图2中可知,随着电流的增加,LED的光强输出也增加,RGB 三色的电流-光强曲线各不相同。 图2RGB LED电流-亮度曲线红光LED的纯度很高,随电流的变化其主波长几

4、乎稳定不变。由图3可知,随着电流的增加,蓝光的主波长略有减小,True Green的主波长减小最多。 图3RGB LED电流-波长曲线由图4可知,随着结温的上升,LED的亮度输出均下降,但红绿蓝三色降幅各部相同:红光最多,绿光次之,蓝光最少。 图4RGB LED结温-相对光强曲线由图5可知,随着结温的上升,LED的主波长均增加。 图5RGB LED结温-主波长变化曲线结温的变化,同样也影响LED的正向电压,如图6所示。 图6RGB LED结温-正向电压变化曲线汽车氛围灯通常与光导一起使用来营造车内不同的氛围,其安装位置各不相同,同时光导的长度也不尽相同。这就使得作为光源的RGB LED的工作温

5、度及其有效工作电流也各不相同,而电流和结温的变化对于RGB三色的亮度和颜色影响各不相同,使得RGB LED混光颜色一致性控制成为了难点,包括同一个RGB LED 不同工作状态下的混光颜色一致性和不同位置的RGB LED的混光颜色一致性。温度探测反馈的控制方法探讨汽车制造厂为了保证车内背光的一致协调性,通常会规定所需要的颜色和亮度。因此在实际应用中更多的需求是,给定混光后的效果,即:给定了混光目标的色坐标(x,y和亮度Y。要保证混光颜色的一致性,可采用恒流PWM脉宽调制驱动方式,因不改变驱动电流的峰值,可有效的消除电流对于RGB LED光学特性影响,此时通过调整RGB三色不同的占空比,就可以改变各自的亮度输出,从而混合出所需的不同颜色。采用恒流PWM驱动时,LED的有效亮度输出与峰值电流下的亮度和占空比成正比,即: (4其中Ys为有效输出亮度,Yp为峰值电流下的亮度,D为PWM的调制占空比。LED在工作过程中结温会上升(相对外界环境温度,我们无法消除RGB LED 结温的变化对于RGB三色的光学特性的影响。但是通过一定的控制方法,可以消除温度对于最终混光的颜色影响,即在未超规格应用的情况下,无论LED结温为多少,都能使