全光谱 LED 太阳光模拟器的原理
全光谱 LED 太阳光模拟器是通过半导体光电子技术与精密光学调控，在实验室复现自然太阳光关键特性（连续光谱、稳定强度、均匀准直光场）的专用设备，且需严格契合 IEC 60904-9、ASTM G173 等国际标准。紫创测控luminbox的全光谱 LED 太阳光模拟器，其性能落地正基于对核心原理的深度把控。下文将从光谱合成、辐照强度调控、空间光场优化及热管理四大模块，系统解析全光谱 LED 太阳光模拟器的工作原理。
一、光谱合成：复现 AM1.5G 标准连续谱
全光谱led太阳光模拟器的光谱合成目标
自然太阳光经大气吸收后形成280-2500nm连续谱，国际地面标准为 AM1.5G 谱（总辐照 1000W/m²）。因单个LED为窄带尖峰谱（半高宽 10-50nm），光谱合成是全光谱 LED 太阳光模拟器复现该标准的核心，需经 “多波段 LED 组合 + 光谱补偿 + 闭环校准” 三步。
多波段 LED 组合需依 AM1.5G 能量分布选型：AlGaN 基 LED（280-400nm，紫外）、InGaN/AlGaInP 基 LED（400-780nm，可见光，含蓝 / 绿 / 红）、GaAs/InGaAs 基 LED（780-2500nm，近红外），按蜂窝状排列避免局部光强集中。
光谱补偿针对 “光谱锯齿” 与波段缺口（如 600-620nm）：一是 PC-LED 技术，蓝光 LED 涂 YAG:Ce³⁺荧光粉，将部分蓝光转为 500-700nm 宽谱黄绿光；二是引入 2-10nm CdSe/ZnS 核壳量子点，借量子限制效应补缺口。
闭环校准需在出光口搭载分辨率≤0.5nm 的高精度光栅光谱仪，实时采集光谱并与 AM1.5G 标准谱对比，计算偏差后反馈至多通道驱动电路，动态调整 LED 电流，确保短期光谱漂移≤±5%（IEC 60904-9,2021）。
二、辐照强度调控：模拟太阳常数与动态波动
工作距离为100 mm时，全光谱led太阳光模拟器垂直于光束的目标表面辐照度分布
自然太阳光地面辐照强度围绕 1000W/m²（太阳常数）波动，全光谱 LED 太阳光模拟器模拟该特性需借助 “精准驱动 + 闭环反馈” 系统。
1. 硬件以多通道恒流驱动为核心
LED 光输出与正向电流线性相关（0.1-0.8 额定电流区间线性度≥0.98），全光谱 LED 太阳光模拟器为不同波段 LED 设独立通道，采用 Buck 型 DC-DC 架构 + REF5050 基准电压源，电流精度≤±0.5%，避免通道串扰。
2. 软件靠 PID 闭环保障稳定
出光口设 TSI-4100 级硅基辐照计（精度 ±1%），实时采集强度并与目标值对比，经 PID 算法调节驱动电流，满足 ASTM G173,2022 A 类标准（短期 10min 稳定性≤±1%、长期 1h≤±2%）。
三、空间光场优化：实现均匀与准直
全光谱 LED 太阳光模拟器空间光场优化示意图
自然太阳光短距离内为均匀平行光（发散角≤0.5°、均匀性≥95%），因此空间光场优化是全光谱 LED 太阳光模拟器复现该特性、避免测试误差的关键。
均匀性优化：出光口加装微结构漫射板，借 Mie 散射混合光束，消除阵列间隙光强梯度，确保均匀性≥95%（A 类标准）；小面积测试可搭配积分球，凭 “多次反射” 输出均匀光，均匀性提至≥98%。
准直性优化：每颗 LED 配焦距 10-20mm 平凸透镜，将原生光束（60-120°）压缩至半发散角≤2.5°；近红外大功率 LED 配反射率≥95% 的抛物面反射镜，进一步降至≤1°，满足光伏入射角测试需求。
四、热管理：保障长期可靠性
LED 电光转换效率仅 30-50%，结温（Tj）升高会导致光谱红移与光衰，这是全光谱 LED 太阳光模拟器长期运行的核心隐患。因此针对不同功率需求，全光谱 LED 太阳光模拟器采用分级散热方案：
低功率机型（总功率≤100W）采用被动散热，将 LED 阵列焊接于 AlN 陶瓷基板，下方连接铝制鳍片散热体，通过自然对流将结温控制在≤60℃；
中高功率机型（总功率≥200W）采用主动散热，要么通过 “离心式风扇 + 鳍片” 实现强制风冷，要么通过 “微通道水冷板 + 循环水泵” 实现液冷。
综上，全光谱 LED 太阳光模拟器的原理本质是“多物理场协同调控”：以 AM1.5G 标准谱为目标，通过光谱合成实现连续谱匹配，通过辐照强度调控实现太阳常数模拟，通过空间优化实现均匀平行光复现，通过热管理保障长期稳定性，四大模块通过闭环反馈形成有机整体，最终构建 “可量化、可重复、可调控” 的人工太阳环境。
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