CN109475027A - 一种光谱成分可调的多光谱led光源的实现方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光谱成分可调的多光谱LED光源的实现方法及其装置。本发明是把多种波长的LED组合在一起发光，通过混光装置把多种波长LED发出的光混合输出。其中电路装置以单片机作为控制核心，控制部分采用限流电位器、下拉电位器以及场效应管设计的LED驱动电路，供电部分则使用220V交流降压模块及直流降压模块。混光装置有两种实现方式，第一是在反光杯的底部面板密排多种波长的LED光源，由反光杯反射和柔光板混合输出，如图1所示；第二是做成平板灯的结构，将多种波长的LED光源排列在导光板的周围，利用导光板和扩散板将多种波长的光混合输出，如图2所示。本发明装置可以提供多波长LED的亮度连续可调，保证了LED光源光谱成分可调和多光谱输出。

Description

一种光谱成分可调的多光谱LED光源的实现方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种光谱成分可调的多光谱LED光源的实现方法，该方法利用光学混光装置实现多波长LED光的混合输出，采用PWM技术对各种波长的LED光亮度进行调节。

背景技术

LED光源作为新一代代照明光源，由于绿色环保，高效节能，寿命长，可智能化的优点已被广泛使用在照明显示等各个行业。照明领域对光源性能的要求非常具体，如发光效率，光质量，发光角度等，其中光源的光谱能量分布就是其中很重要的一个指标，不同的场合往往需要不同的光谱。

例如太阳光是众所周知的多光谱光源，可见光的波长为400～760nm，散射后分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7色，集中起来则为白光。目前市场上主要应用的白光LED是采用蓝光芯片加黄光荧光粉的方式，即蓝光激发黄色荧光粉后，部分转化成黄光，与其余的蓝光复合生成白光。这种白光的输出方式将直接导致LED光源的较低的显色指数，色空间分布不均匀的现象。也有采用调节RGB三色光芯片的亮度输出，以达到混合白光以及其他色光的目的，由于单一的使用RGB三色光，导致其光谱仅由RGB三色波峰构成，光品质仍不够高。

此外，有一些特殊的照明要求，全光谱LED植物生长灯能模拟太阳光谱配比的原理，促进植物生长发育。波长对植物生长的作用包含：400～420nm帮助形成花青素和抵制枝叶的伸长；450～460nm能对茎叶增粗，加速植株发育，调节气孔开放；550nm促进氧气的增长，帮助组织物更好地积蓄养分；580nm能促进根部及发芽初期的生长；650～660nm促进植物整体的生长，特别在开花期及结果期，增加生长的速度(提早20天开花，提早30天收成)，也增加25％～35％结果的数量，并减少畸形果的发生率；720～1000nm吸收率低，刺激细胞延长，影响开花与种子发芽。另外，全光谱LED中含有少量的紫外线能有效预防病虫害。

因此，设计一款光谱成分丰富、可调的多光谱LED光源，从而得到连续光谱及可调色温的高品质LED光源，是非常有意义的。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种光谱成分丰富、光谱组分可调的多光谱LED光源的实现方法。

本发明的另一目的在于：提供一种光谱成分丰富、光谱组分可调的多光谱LED光源的实现装置。

一种光谱成分丰富、光谱组分可调的多光谱LED光源的实现装置，主要包括混光装置与电路控制硬件部分。

本发明混光装置所采取的技术方案是：

所述混光装置包括散热器、LED灯板、系统驱动板、铝基板、反光杯和柔光板，所述LED灯板包括6颗颜色为红、绿、蓝、黄、青、紫的LED，所述LED按照内部三颗外部三颗方式排列，所述内部三颗LED使用红、绿、蓝三种颜色，所述外部三颗LED使用黄、紫、青三种颜色，所述LED与铝基板之间使用导热硅脂导热，所述LED灯板与系统驱动板连接,所述电路使用绝缘层与铝基板隔离，所述LED灯板外侧使用导热胶与散热器连接，所述LED灯板上部连接反光杯，所述反光杯上部连接柔光板，所有器件使用支架进行固定。

进一步，所述多种波长LED的光经反光杯、柔光板混合输出。

本发明混光装置所采用的另一方案是：

所述混光装置包括包括扩散板、环形LED灯条、系统驱动板、导光板、铝基板、反光纸和铝制外壳，所述环形LED灯条包括颜色为红、绿、蓝、黄、青、紫的LED每种各4颗，所述LED以红、黄、绿、青、蓝、紫的顺序依次排列焊接于环形LED灯板上，所述LED与铝基板之间使用导热硅脂导热，所述LED灯板与系统驱动板连接,所述电路使用绝缘层与环形铝基板隔离，所述环形LED灯板使用导热胶粘合于铝制外壳内部，所述反光纸置于铝制外壳最底层，所述导光板置于反光纸上部，所述扩散板置于导光板上部。

进一步，所述多种波长LED的光被耦合进导光板、扩散板混合输出。

本发明所述系统驱动板电路部分包括单片机、控制输入电路、LED驱动电路、LED电路。单片机部分作为控制核心，其模拟输入部分与控制端相连，输出端与LED驱动电路相连。控制输入电路能够为单片机的输入端产生不同的信号。LED驱动电路由限流电位器、下拉电位器以及场效应管构成，限流电位器与场效应管的栅极连接，同时使用下拉电位器并联接地，场效应管的源极以及漏极构成LED的驱动回路。LED电路由多种不同颜色(频率)的LED组成，之间按照并联的方式连接并连接于上述电路中的LED驱动回路中。供电电路由交流降压装置以及直流降压装置构成用于将220V交流转化为系统各个部分的工作电压。

进一步，所述所述多波长LED辐射通量的控制采用PWM调光方法，通过改变脉冲占空比来达到控制LED辐射通量大小的目的。

混光装置主要作用是将光混合均匀输出，其形式以及LED的排列方式并不仅局限于实施例中的两种；其特征在于：将多个不同频率的LED光源集成于一个器件中，同时保障其良好的散热条件，使用单片机对各个色光的输出进行独立调节，并设置有输入部分进行控制，以上构建的多光谱可调的LED混合光源装置可以满足光谱宽度要求高，光谱可调以及光亮度可调的需求。

本发明的有益效果是，采用多种不同波段的发光LED混合输出，可以提供多光谱的输出，并可以通过输入端对输出光谱进行有效的控制，同时使用单片机桥接输入端与输出端，以达到精准调节光谱，光亮度的目的，而采用不同供电模块对LED进行供电则确保了各个LED的稳定工作，以上功能可以实现光谱，光亮度可调节功能，确保了输出光源的光谱宽度高的特性，提高了产品的泛用性、实用性以及可控制性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明光谱成分可调的多光谱LED光源的实现方法1的装置图。图中标记：1.柔光板，2.反光杯，3.LED灯板，4.散热器，5.支架。其电路使用绝缘层与铝基板隔离，各个LED与铝基板的贴合部分使用导热硅脂进行导热，同时散热器连接与铝基板背面，之间使用导热胶粘合连接，LED灯板上半部分连接反光杯，以及反光杯顶部连接柔光板，各个松散结构之间使用支架进行固定。

图2为实现方法1的LED分布结构图。图中标记：6.红色LED，7.黄色LED，8.绿色LED，9.铝基板，10.青色LED，11.蓝色LED，12.紫色LED。使用颜色种类分别为红色、绿色、蓝色、黄色、紫色及青色的6颗LED，按照图中的结构排列于铝基板上。

图3为本发明光谱成分可调的多光谱LED光源的实现方法2的装置图。图中标记：13.扩散板，14.导光板，15.反光纸，16.环形LED灯条，17.铝制外壳。LED焊接于环形LED灯条上，其电路使用绝缘层与环形铝基板隔离，各个LED与铝基板的贴合部分使用导热硅脂进行导热，同时将环形LED灯板置于铝制外壳内部，与铝制外壳的内壁使用导热胶进行粘合，扩散纸、导光板以及柔光板按照由下至上的顺序置于铝制外壳内部。

图4为实现方法2的LED分布结构图。图中标记：18.铝制外壳，19.LED。使用颜色种类分别为红色、绿色、蓝色、黄色、紫色及青色的24颗LED，每种各使用4颗，按照图中的结构以红、黄、绿、青、蓝、紫的顺序依次排列于环形铝基板上。

图5为本发明光谱成分可调的多光谱LED光源中的主电路图。图中标记：20.单片机控制核心，21.三个0-1K单联可调电位器，22.6枚1K电位器，23.6枚51K电位器，24.6枚AD4300N沟道场效应管，25.6枚不同颜色大功率封装LED，26.2V电源，27.3V电源，28.GND(系统共地)，29.9V电源。单联可调电位器的1脚与单片机提供的5V电源相连，2脚与单片机的模拟输入引脚相连，3脚与GND连接，单片机的供电引脚(Vin)则与9V电源相连，接地引脚(GND)则与GND相连，LED驱动电路部分，单片机的模拟输出(PWM)引脚通过一枚1K的限流电位器与AD3400N沟道场效应管的栅极相连，同时在限流电位器与栅极之间并联一枚51K的下拉电位器与GND相连，AD3400N沟道场效应管的漏极与GND相连，源极则与大功率LED的负极连接，LED的负极与3V电源连接，其他路的接法与上述一致，唯一有区别的是红光LED的电源需要与2V电源连接。

图6为本发明光谱成分可调的多光谱LED光源中的供电电路图。图中标记：30.12V电源，31.三个直流降压模块，32.9V输出，33.3V输出，34.2V输出，35.GND(系统共地)。9V电源分别与三个供电模块的输入端相连，同时调节各个模块中的可调电位器，使其分别输出9V，3V，2V电压，作为主要部分的供电电源，同时所有输出端与输入端共地连接。

图7为本发明多光谱LED光源输出的光谱图。

具体实施方式

【实施例1】

一种光谱成分可调的多光谱LED光源装置,驱动板主电路图如图5所示,包括单片机控制核心20，三个0-1K单联可调电位器21，6枚1K电位器22，6枚51K电位器23，6枚AD4300N沟道场效应管24，6枚不同颜色大功率封装LED25，2V电源26，3V电源27，GND(系统共地)28和9V电源29。驱动板供电电路图如图6所示,包括12V电源30，三个直流降压模块31，9V输出32，3V输出33，2V输出34和GND(系统共地)35.

其中所述0-1K单联可调电位器上引脚与5V电源相连，下引脚与GND相连，中间引脚与单片机模拟输入端相连，所述单片机供电引脚(Vin)与9V电源相连，所述单片机模拟输出(PWM)引脚通过一枚1K的限流电位器与AD3400N沟道场效应管的栅极相连，所述1K限流电位器与AD3400N沟道场效应管的栅极连线之间并联一枚51K的下拉电位器且该51K的下拉电位器与GND相连，所述AD3400N沟道场效应管的漏极与GND相连，所述源极则与大功率LED的负极连接，所述LED的负极与3V电源连接，所述其他路的接法与上述一致，所述唯一区别是红光LED的电源与2V电源连接。所述9V电源分别与三个供电模块的输入端相连，所述各个可调电位器的输出为9V，3V，2V电压，所述所有输出端与输入端共地连接，以上所述电路为供电电路，所述驱动板置于驱动板外壳内部。

系统的混光装置如图1所示,包括柔光板1，反光杯2，LED灯板3，散热器4和支架5。图2为实现方法1的LED分布结构图，其中红色LED 6，黄色LED 7，绿色LED 8，铝基板9，青色LED 10，蓝色LED 11和紫色LED 12。使用颜色种类分别为红色、绿色、蓝色、黄色、紫色及青色的6颗LED，按照图2所示排布与铝基板上，其电路使用绝缘层与铝基板隔离，各个LED与铝基板的贴合部分使用导热硅脂进行导热，同时散热器连接与铝基板背面，之间使用导热胶粘合连接，LED灯板上半部分连接反光杯，以及反光杯顶部连接柔光板，各个松散结构之间使用支架进行固定。

图7为本发明装置的输出的其中之一的光谱图，此外，我们还可以控制光谱的输出成分，可以输出某单一光谱成分。

【实施例2】

一种光谱成分可调的多光谱LED光源装置,驱动板主电路图如图5所示,包括单片机控制核心20，三个0-1K单联可调电位器21，6枚1K电位器22，6枚51K电位器23，6枚AD4300N沟道场效应管24，6枚不同颜色大功率封装LED25，2V电源26，3V电源27，GND(系统共地)28和9V电源29。驱动板供电电路图如图6所示,包括12V电源30，三个直流降压模块31，9V输出32，3V输出33，2V输出34和GND(系统共地)35.

其中所述0-1K单联可调电位器上引脚与5V电源相连，下引脚与GND相连，中间引脚与单片机模拟输入端相连，所述单片机供电引脚(Vin)与9V电源相连，所述单片机模拟输出(PWM)引脚通过一枚1K的限流电位器与AD3400N沟道场效应管的栅极相连，所述1K限流电位器与AD3400N沟道场效应管的栅极连线之间并联一枚51K的下拉电位器且该51K的下拉电位器与GND相连，所述AD3400N沟道场效应管的漏极与GND相连，所述源极则与大功率LED的负极连接，所述LED的负极与3V电源连接，所述其他路的接法与上述一致，所述唯一区别是红光LED的电源与2V电源连接。所述9V电源分别与三个供电模块的输入端相连，所述各个可调电位器的输出为9V，3V，2V电压，所述所有输出端与输入端共地连接，以上所述电路为供电电路，所述驱动板置于驱动板外壳内部。

系统的混光装置如图3所示,包括扩散板13，导光板14，反光纸15，环形LED灯条16，铝制外壳17。图4为实现方法2的LED分布结构图。图中标注：18.铝制外壳，19.LED。使用颜色种类分别为红色、绿色、蓝色、黄色、紫色及青色的24颗LED，每种各使用4颗，按照图中的结构以红、黄、绿、青、蓝、紫的顺序依次排列焊接于环形LED灯板上。其中电路使用绝缘层与环形铝基板隔离，各个LED与铝基板的贴合部分使用导热硅脂进行导热，同时将环形LED灯板置于铝制外壳内部，与铝制外壳的内壁使用导热胶进行粘合，扩散板、导光板以及反光纸按照由下至上的顺序置于铝制外壳内部。

Claims (5)

1.一种光谱成分可调的多光谱LED光源装置，其特征在于：包括散热器、LED灯板、系统驱动板、铝基板、反光杯和柔光板，所述LED灯板包括多种波长的LED灯，所述LED灯与铝基板之间使用导热硅脂导热，所述LED灯板下部使用导热胶与散热器连接，所述LED灯板与系统驱动板连接,所述LED灯板上部连接反光杯，所述反光杯上部连接柔光板。

2.一种光谱成分可调的多光谱LED光源装置，其特征在于：包括扩散板、环形LED灯板、系统驱动板、铝基板、导光板、反光纸和铝制外壳，所述环形LED灯板包括多种波长LED灯，所述多种波长LED灯依次排列焊接于环形LED灯板上，所述LED灯与铝基板之间使用导热硅脂导热，所述环形LED灯板使用导热胶粘合于铝制外壳内部，所述LED灯板与系统驱动板连接,所述反光纸置于铝制外壳最底层，所述导光板置于反光纸上部，所述扩散板置于导光板上部。

3.根据权利要求1或2所述的一种光谱成分可调的多光谱LED光源装置，其特征在于：所述系统驱动板包括可调电位器控制电路、与所述可调电位器控制电路连接的单片机控制电路、与所述单片机控制电路连接的LED驱动电路、与所述LED驱动电路连接的多种发光波长的LED和给上述模块供电的供电模块。

4.一种如权利要求1所述的光谱成分可调的多光谱LED光源装置的实现方法，其特征在于：包括如下步骤:

S1、单片机读取多种波长的LED灯的可调电位器产生的电位信息，根据读入的电位值，分别调节各种波长LED的占空比并输出PWM波,通过改变脉冲占空比来达到控制各色LED辐射通量大小；

S2、多种波长的LED灯输出的光在反光杯中多次反射均匀混光并通过柔光板混合输出。

5.一种如权利要求2所述的光谱成分可调的多光谱LED光源装置的实现方法，其特征在于：包括如下步骤:

S1、单片机读取多种波长LED的可调电位器产生的电位信息，根据读入的电位值，分别调节各种波长LED的占空比并输出PWM波,通过改变脉冲占空比来达到控制各色LED辐射通量大小；

S2、多种波长的LED输出的光导入导光板中进行混光。

S3、导光板背面输出的光被反光纸反射，与导光板正面输出的光共同进入扩散板并输出。