CN101360378A - 一种led调光装置的调光方法 - Google Patents

Abstract

一种LED调光装置的调光方法，以微控制器、PWM调光器件和绝缘栅型N沟道场效应三极管组成的调光装置通过细分灰度级数和非线性调光，实现LED灯具调光的渐亮和渐暗，减小人眼对光变化的敏感程度，以营造一个理想的灯光环境，本发明适用于舞台灯光、建筑照明和景观照明等多个照明领域。

Description

一种LED调光装置的调光方法

技术领域

本发明涉及半导体照明技术领域，具体为一种LED调光装置的调光方法。

背景技术

目前LED技术的快速发展，构成的晶片以及各种合成方案不断提高，发光效能不断提升。LED的亮度调光是通过改变LED的导通时间来改变亮度的，单位时间内LED的导通时间越长，亮度越高。实际应用中是通过改变占空比来控制的。现今LED灯具都采用数字信号控制亮度调光，如DMX512数字信号协议是现今舞台LED灯具普遍采纳的控制协议，而DMX512数字信号调光系统每通道数值只有0-255变化，这就决定了LED调光的灰度级数只有256级与调光系统的数值一一对应。对于高亮度的大功率LED灯具来说，256级灰度调光是相当粗糙的，调光曲线呈现锯齿状阶梯波形，在低亮度时级跳突变非常明显，调光曲线平滑度非常差，亮度跳变对人眼视觉特别敏感，无法做到渐亮或渐暗的柔性效果。现有技术中，线性调光是一种普通的调光方式，通常灰度级数只有256级，灰度值与亮度值是一一对应关系。256级灰度的调光曲线虽然是线性递增的，但平滑度比较差，表面粗糙，光突变增幅比率比较大。如图1所示，这是一款大功率LED灯具的调光曲线，将每一个亮点连接起来就成为一条直线。LED调光曲线可以用亮度和灰度级数来表示，反映LED亮度变化率的参数光强增率：D＝dΔ/E*100％，D是光强增率，dΔ是亮度增幅，E是亮度，单位是勒克斯LX。由LED的光效率转换特性可知，在增加相同占空比的情况下，低灰度值时比高灰度值时亮度增加的幅度大，同时在低灰度值时，灰度值每变化一个小单位，光强增率D的值都是比较大的，人眼会感觉到，随着亮度增加，光强增率D减小，人眼对光变化敏感程度也减小。

发明内容

本发明目的在于提供一种LED调光装置的调光方法，实现LED灯具调光的渐亮和渐暗，减小人眼对光变化的敏感程度，以营造一个理想的灯光环境，本发明适用于舞台灯光、建筑照明和景观照明等多个照明领域。

为实现上述目的，一种LED调光装置，包括微控制器、PWM调光器件和绝缘栅型N沟道场效应三极管，所述微控制器的输出端与PWM调光器件的输入端相连接，所述PWM调光器件的输出端与绝缘栅型N沟道场效应三极管的栅极相连接。

作为改进，所述微控制器为单片机或CPU。

所述LED调光装置的LED调光曲线由亮度和灰度级数表示，所述LED调光装置的调光方法是：

a)由微控制器配合PWM调光器件对调光曲线进行灰度级数细分，灰度级数细分为1024级或1024级以上的级数；

b)灰度级数细分为1024级或1024级以上的级数后，由微控制器配合PWM调光器件对LED调光曲线进行非线性处理，将灰度级数与亮度之间以阶梯函数 $f\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}{f}_1\left(x\right)& (x\≤512)\\ f_2\left(x\right)& (x\≥512)\end{array}\right.$ 的方式变化，其中f(x)的为亮度，x为灰度级数；在阶梯函数f(x)中，f₁(x)和f₂(x)均为

非线性函数，并且f₁(x)和f₂(x)均为单调增函数，并且f₂(x)的增长速度快于f₁(x)的增长速度。

作为改进，所述调光方法在灰度级数小于512级时，灰度级数的级变速度为v₁；在灰度级数大于512级时，灰度级数的级变速度为v₂；v₁小于v₂。

作为改进，在调光方法的步骤b)中，f₁(x)为函数f₁(x)＝a^x-1，其中1.20≤a≤1.43。

作为改进，在调光方法的步骤b)中，f₂(x)为函数f₂(x)＝b^(x-512)+f₁(x)-1，其中1.50≤b≤5。

作为改进，在调光方法的步骤b)中，f₂(x)为函数f₂(x)＝d(x-511)²+f₁(x)-d，其中5≤d≤10。

与现有技术相比，本发明将原有的LED的线性调光改变为非线性调光方式，以微控制器、PWM调光器件和绝缘栅型N沟道场效应三极管组成的调光装置实现非线性调光。所述的非线性调光方法在灰度级数小于512级时，其递增函数f₁(x)的递增曲线是一段平缓的递增曲线，因而亮度增幅dΔ比较小，根据公式D＝dΔ/E*100％，会使得光强增率D变小，人眼对光变化敏感程度也会减小；同时在灰度级数小于512级时，降低了LED灯具调光的级变速度，使灰度级数递增或递减的速度避开人眼敏感区。在灰度级数大于512级时，亮度E的值已经很大，根据公式D＝dΔ/E*100％，光强增率D减小，人眼对光变化敏感程度较小，采用以非线性函数递增的方式，进一步保证了LED灯具调光的渐亮和渐暗效果。

附图说明

图1为现有的舞台LED调光装置的调光曲线图

图2为舞台LED调光装置的电路结构图

图3为本发明的实施例一的调光曲线图

图4为本发明的实施例二的调光曲线图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例一

如图2和图3所示，一种舞台LED调光装置，包括微控制器1、PWM调光器件2和绝缘栅型N沟道场效应三极管3，所述微控制器1的输出端与PWM调光器件2的输入端相连接，所述PWM调光器件2的输出端与绝缘栅型N沟道场效应三极管3的栅极相连接，绝缘栅型N沟道场效应三极管3的漏极与LED组4连接。其中，微控制器1为单片机或CPU。所述LED灯具的LED调光曲线用亮度和灰度级数表示；其中所述LED调光曲线的Y轴表示亮度，单位为LX；其中所述LED调光曲线的X轴表示灰度级数，所述LED调光曲线为递增曲线，其调光方法是：

先由微控制器1配合PWM调光器件对调光曲线进行灰度级数细分，灰度级数细分为1024级或1024级以上的级数；

灰度级数细分为1024级或1024级以上的级数后，由微控制器1配合PWM调光器件对LED调光曲线进行非线性处理，将灰度级数与亮度之间以阶梯函数 $f\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}{f}_1\left(x\right)& (x\≤512)\\ f_2\left(x\right)& (x\≥512)\end{array}\right.$ 的方式变化，其中f(x)的为亮度，x为灰度级数。在阶梯函数f(x)，中f1(x)为函数f₁(x)＝a^x-1，其中a＝1.20；f2(x)为函数f₂(x)＝b^(x-512)+f₁(x)-1，其中b＝1.50。f1(x)和f2(x)均为非线性函数，并且f1(x)和f2(x)均为单调增函数，并且f2(x)的增长速度快于f1(x)的增长速度。使用该种变化方式，适用于功率相对较小的舞台LED灯具，在灰度级数小于512级时，其递增函数f₁(x)＝a^x-1(a＝1.20)的递增曲线是一段平缓的递增曲线，因而会使得光强增率D比较小，人眼对光变化敏感程度也会减小；在灰度级数大于512级时，随着亮度递增至高的亮度值，光强增率D减小，人眼对光变化敏感程度较小，采用以非线性函数f₂(x)＝b^(x-512)+f₁(x)-1(b＝1.50)的方式变化，进一步保证了LED灯具调光的渐亮和渐暗效果。并且调光方法在灰度级数小于512级时，灰度级数的级变速度为v₁；在灰度级数大于512级时，灰度级数的级变速度为v₂；v₁小于v₂。由于人眼视觉对光线的变化特别敏感，但人眼能察觉到光线的变化又局限于一定的速度范围，越出这一范围人眼很难察觉到。根据这一特性，在低亮度时降调整级变速度，使灰度级数递增或递减的速度避开人眼敏感区。

实施例二

如图2和图4所示，一种舞台LED调光装置，包括微控制器1、PWM调光器件2和绝缘栅型N沟道场效应三极管3，所述微控制器1的输出端与PWM调光器件2的输入端相连接，所述PWM调光器件2的输出端与绝缘栅型N沟道场效应三极管3的栅极相连接，绝缘栅型N沟道场效应三极管3的漏极与LED组4连接。其中，微控制器1为单片机或CPU。所述LED灯具的LED调光曲线用亮度和灰度级数表示；其中所述LED调光曲线的Y轴表示亮度，单位为LX；其中所述LED调光曲线的X轴表示灰度级数，所述LED调光曲线为递增曲线，其调光方法是：

先由微控制器1配合PWM调光器件对调光曲线进行灰度级数细分，灰度级数细分为1024级或1024级以上的级数；

灰度级数细分为1024级或1024级以上的级数后，由微控制器1配合PWM调光器件对LED调光曲线进行非线性处理，将灰度级数与亮度之间以阶梯函数 $f\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}{f}_1\left(x\right)& (x\≤512)\\ f_2\left(x\right)& (x\≥512)\end{array}\right.$ 的方式变化，其中f(x)的为亮度，x为灰度级数。在阶梯函数f(x)，中f1(x)为函数f₁(x)＝a^x-1，其中a＝1.43；f2(x)为函数f₂(x)＝d(x-511)²+f₁(x)-d，其中d＝10。f1(x)和f2(x)均为非线性函数，并且f1(x)和f2(x)均为单调增函数，并且f2(x)的增长速度快于f1(x)的增长速度。使用该种变化方式，适用于功率较大的舞台LED灯具，在灰度级数小于512级时，其递增函数f₁(x)＝a^x-1(a＝1.43)的递增曲线是一段较平缓的递增曲线，因而会使得光强增率D比较小，人眼对光变化敏感程度也会减小；在灰度级数大于512级时，随着亮度递增至高的亮度值，光强增率D减小，人眼对光变化敏感程度较小，采用以非线性函数f₂(x)＝d(x-511)²+f₁(x)-d(d＝10)的方式变化，进一步保证了LED灯具调光的渐亮和渐暗效果。并且调光方法在灰度级数小于512级时，灰度级数的级变速度为v₁；在灰度级数大于512级时，灰度级数的级变速度为v₂；v₁小于v₂。由于人眼视觉对光线的变化特别敏感，但人眼能察觉到光线的变化又局限于一定的速度范围，越出这一范围人眼很难察觉到。根据这一特性，在低亮度时降调整级变速度，使灰度级数递增或递减的速度避开人眼敏感区。

Claims (5)

1、一种LED调光装置的调光方法，所述LED调光装置设置有微控制器、PWM调光器件和绝缘栅型N沟道场效应三极管；所述微控制器的输出端与PWM调光器件的输入端相连接，所述PWM调光器件的输出端与绝缘栅型N沟道场效应三极管的栅极相连接；所述LED调光装置的LED调光曲线由亮度和灰度级数表示，其特征在于：

a)由微控制器配合PWM调光器件进行灰度级数细分，灰度级数细分为1024级或1024级以上的级数；

b)灰度级数细分为1024级或1024级以上的级数后，由微控制器配合PWM调光器件对LED调光曲线进行非线性处理，将灰度级数与亮度之间以阶梯函数 $f\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}{f}_1\left(x\right)& (x\≤512)\\ f_2\left(x\right)& (x\≥512)\end{array}\right.$ 的方式变化，其中f(x)的为亮度，x为灰度级数；在阶梯函数f(x)中，f₁(x)和f₂(x)均为非线性函数，并且f₁(x)和f₂(x)均为单调增函数，并且f₂(x)的增长速度快于f₁(x)的增长速度。

2、根据权利要求1所述的LED调光装置的调光方法，其特征在于：所述调光方法在灰度级数小于512级时，灰度级数的级变速度为v₁；在灰度级数大于512级时，灰度级数的级变速度为v₂；v₁小于v₂。

3、根据权利要求2所述的LED调光装置的调光方法，其特征在于：在调光方法的步骤b)中，f₁(x)为函数f₁(x)＝a^x-1，其中1.20≤a≤1.43。

4、根据权利要求3所述的LED调光装置的调光方法，其特征在于：在调光方法的步骤b)中，f₂(x)为函数f₂(x)＝b^(x-512)+f₁(x)-1，其中1.50≤b≤5。

5、根据权利要求4所述的LED调光装置的调光方法，其特征在于：在调光方法的步骤b)中，f2(x)为函数f₂(x)＝d(x-511)²+f₁(x)-d，其中5≤b≤10。

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