大功率LED舞台灯系统与控制能效优化设计

【摘要】舞台灯在舞台照明、烘托色彩气氛、增强图案场景效果等方面具有重要作用。舞台灯产品光源经历了以卤钨灯、气体放电灯、金卤灯、等离子体和LED等多种更新换代,舞台灯在亮度、色彩、节能、体积和寿命等方面得到显著提高。LED舞台灯作为大功率LED光源的一种高端应用领域,虽然显色性还有待改进,但其具有色彩丰富、寿命长、温度低、同功率下体积小、重量轻等优势,国内外市场发展迅速。舞台灯系统涉及多学科技术,由光学、机械、电子电气及程序控制等四大主要部分组成,用来满足舞台对亮度、色彩、速度、图案等效果要求。以往照明灯、传统舞台灯主要使用光效率评价灯具性能,难以体现灯具综合性能。本论文主要围绕LED舞台灯系统与控制性能,提出综合的能效评价系统和指标,研究主要部分子系统的优化,进一步提高系统能效,主要研究内容如下：分析舞台灯系统结构和工作原理,针对系统与控制的问题,通过分析系统功能与性能、性能与功耗等相关因素,提出一种新的以输出功率为基准的综合能效评价系统,对其中的技术指标进行分析、定义和规范,适合对具有综合功能的舞台灯系统的能效评价。从电路控制、运动控制及调光控制三方面的要求进行优化设计,采用32位嵌入式单片机取代以往的7片8位单片机,将人机界面、LED调光、运动控制等进行集中控制,提高系统的实时性、快速性及可靠性；采用S型加减速控制和细分控制,使系统运动更具快速平稳性,且降低噪声；采用开关型恒流驱动,提高驱动电路的效率,改善能量转换及电流控制等方面的精度。针对大功率LED光源面积大、热量高密度集中的特点,从光路、散热两方面进行优化设计,采用面向扩展光源及光学扩展量的方式获得较高的照度均匀度和光能利用率；采用热管、散热器及风扇的三维散热方式,保证系统在较低温度下正常的工作,延长灯具的寿命。通过测试表明,经过优化,舞台灯系统能效得到一定提高,且在照度均匀性、图案清晰度、快速平稳性及PWM调光曲线等方面获得较好效果,达到预期目标。
【作者】韦丽花；
【导师】唐露新；
【作者基本信息】广东工业大学，测试计量技术及仪器，2014，硕士
【关键词】LED舞台灯；嵌入式；运动控制；PWM调光；散热光学设计；

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