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建筑的性格与LED照明的光影结合分析
2015-01-12来源:百能网588
对于一个人来说,白昼和黑夜是两种生命的色彩;对于一座城市而言,白天和夜晚是两种不同的存在状态;而对于一座建筑而言,日与夜就完全是一种一脉相承,却各自精彩的表达体系。
面对城市中蜂拥而上的耀眼天际,我们是否应该想想,我们真的需要那么炫丽吗?这样的炫丽跟建筑本身有什么关系呢? 如果说建筑的空间依赖光而得以视觉呈现,那建筑照明所要表现的主体显然是建筑本身,这二者之间需要实现一种恰到好处的契合。
没有谁比一个资深的建筑设计师更能深刻理解,并精准阐述光和建筑的关系。作为一个知名建筑设计师,徐老师坚决认为建筑照明设计不是游离于建筑之外的再创作,而应该是建筑设计的延伸,应该在“深刻”理解建筑的基础上,通过对光的控制和表现手段,来反映建筑空间性格与特征;同时,建筑设计师也应该为建筑的照明留有实现的基础空间。
他力主有“节制”地用光,将通过分享其亲历或见证的许多典型地标性建筑的“寻光之旅”入手,解构建筑如何生于光。
他引用建筑大师理查德·迈耶(Richard Meier)所言——“光就是空间(Light is space)”,通过课程带领我们走到建筑外面理解光,走进建筑中感受光。
下面将依次分为以下四个层面进行:
1、形态的描述:建筑体量的三维呈现;
2、建筑特征的概括:没有重点就没有艺术表现的概念;
3、 质感与层次的表现:利用光线布置的强弱变化、明暗差异;
4、性格与气氛的渲染:光对空间品质的表现、艺术感染力和人的心理体验都具有决定性作用。
建筑为了什么存在?
前面讲了很多城市中的超高层建筑,比较热闹,这里想与大家回归一下建筑的本源,因为很多的问题,譬如说建筑的光、室内空间的光,要谈论这些,都避免不开要谈论这一切的根源——建筑究竟为了什么?
这个建筑和那个建筑的不一样,除了表面上看起来的不一样之外,不一样还在什么地方呢?这听起来好像有点玄的样子,其实并不然。
同样四堵墙一个屋顶,身处猪圈里和别墅里不一样的地方究竟在哪?
建筑本身是社会属性产物,如果不与人产生关系,建筑没有任何意义,所以在我看来,建筑作为一个人的居所,与人一样都具备性格,因此,其空间品质的表现、艺术感染力,对人的心理体验都具有决定性的作用。
简而言之,建筑空间里面的所看所感,是为了人的心理体验而存在的。
所以,负责被看的被感知的视觉,与光的关联简直太重要了。
若需控制LED 亮度,就必须具备能够提供恒定、稳压电流的驱动器。而要达到此目标,驱动器拓朴必须能产生足够的输出电压来顺向偏置 LED。那么当输入和输出电压范围重叠时,设计人员又该如何选择呢?转换器有时可能需要逐渐降低输入电压,但有时也可能需要升高输出电压。以上情况通常出现在那些具有大范围"脏" (dirty) 输入功率来源的应用中,例如车载系统。在这种降压/升压的操作中,几种拓朴可以达到较好的效果,像是 SEPIC 或四次切换升降压拓朴。这些拓朴一般需要大量的元件,设计的材料成本也因而增加。但由于它们可提供正输出电压,因此设计人员通常视其为可接受的方案。不过负输出电压转换器也是另一种不该被忽略的替代解决方案。
图 1 显示在恒定电流配置中驱动 3 个 LED 的反相升降压电路示意图。该电路拥有诸多优点。首先,它使用了标准降压控制器,不但能将成本降到最低,并有助于所有系统级的再利用。如果需要,设计人员也可以轻松改造该电路以利用整合型 FET 降压控制器或同步降压拓朴来提升效率。这种拓朴使用的功率级元件数目与简易降压转换器相同,因此可将切换稳压器的元件数降至最低,同时达到相对于其他拓朴的最低总体成本。由于 LED 本身的输出为光线,就系统级而言 LED 因受到负电压而产生偏压并不会造成影响,跟正电压的情况不同,也因此使其成为一种值得考虑的电路设计。

图 1 利用负输出电压,以升降压拓朴调节恒定 LED 电流
LED 电流的调节是透过感应传感电阻 R1 两端的电压并将其用作控制电路的回馈。控制器接地接脚必须为负输出电压的参考电压,以便让该直接回馈正常运作。如果控制器为系统接地的参考电压,则需要一个电平移位元电路。这种"负接地"对电路构成了一些限制。功率 MOSFET、二极管和控制器的额定电压必须高于输入与输出电压的总和。
其次,从外部连接控制器 (例如致能) 需要将讯号从系统接地到控制器接地进行电平移位元,因此需要更多的元件。单就这个原因而言,消除或将不必要的外部控制减至最低是最好的办法。
最后相较于四次切换的升降压拓朴,反相升降压拓朴中的功率装置会受到额外的电压和电流压力,进而降低了相关效率,但该效率与 SEPIC 相当。即便如此,这种电路还是能够达到 89% 的效率。借由该电路的完全同步化,效率还可以再提高 2%~3%。
透过软启动电容器 C5 的短路快速地开/关转换器,是调节 LED 亮度一种简单的方法。图 2 显示了 PWM 输入讯号和实际的 LED 电流。这种 PWM 亮度调节方法较为有效,因为转换器关闭并且在 SS 接脚短路时仅消耗极少的功率。但是这种方法也相对较慢,因为转换器每次开启时都必须以一种可控制方式逐渐升高输出电流,进而在输出电流上升以前产生一个非线性、有限的停滞时间 (dead-time)。同时,这也将开启时间的最小负载周期降低至 10%-20%。在一些不要求高速和 100% PWM 调节的 LED 应用中,这种方法或许就已足够。
这种反相升降压电路为工程师提供了另一种驱动 LED的方法。低成本降压控制器的使用以及较少的元件数量使其成为替代高复杂度拓朴的一种理想方法。

图 2 PWM驱动 (顶部) 高效地控制 LED 电流 (底部)
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