CN101557666B - Led控制电路与方法以及利用它们的抗虫led灯 - Google Patents

Led控制电路与方法以及利用它们的抗虫led灯 Download PDF

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Abstract

一种LED控制电路与方法，其特征在于，包括：一时脉产生器，根据第一信号控制占空比(duty或duty cycle)，根据第二信号控制频率，并根据所述占空比及频率产生一时脉，用来提供给LED驱动器驱动LED，使所述LED发出频率受调变而占空比固定的高频闪光。本发明提供一种可以驱逐、混淆或诱捕昆虫，但对人眼而言仅有照明或装饰功能的LED光源。

Description

LED控制电路与方法以及利用它们的抗虫LED灯
技术领域
本发明涉及一种发光二极管(Light Emitting Diode；LED)，具体地说，是一种抗虫LED控制电路及方法。
背景技术
苍蝇、蚊子等昆虫对人类生活品质的危害极大，但最直接的杀虫剂又对人体及环境有害，因此，捕蝇纸、捕蚊灯等各式各样针对昆虫对气味、湿度、光亮等特性的除虫产品不断被研发。光线对于昆虫的生态有极大的影响力，例如萤火虫便是依赖其腹部荧光在黑暗中的闪光频率做为吸引异性交配以及沟通的工具。很多昆虫可以感知远高于人眼的闪光频率，而且某些闪光频率中的摆动形态(swing pattern)能够让昆虫焦虑及不舒服。
LED是一种让电流顺向流过半导体p-n接面而发光的器件，通常采用双异质接面和量子阱结构。在1962年时，奇异(General Electric；GE)公司利用GaAsP首次将红色LED商品化，最初的红色LED的光通量为0.11m/W，约是普通灯光的1/150，其发光效率大约每10年提高一个数量级。最近，随着蓝色、绿色LED实用化，具有高功率的白光LED亦出现于市面上，LED从装饰用途逐渐转向应用到照明上，朝着取代传统灯泡的目标前进。除了环保、省电的特性以外，LED还可以受控以极高的频率闪烁，其开关频率可达超过MHz的范围。在已知技术中，已经有许多利用PWM控制LED光源的亮度的方法。
因此已知的抗虫控制电路存在着上述种种不便和问题。
发明内容
本发明的目的，在于提出一种具有驱逐、混淆或诱捕昆虫功能的LED控制电路。
本发明的另一目的，在于提出一种具有驱逐、混淆或诱捕昆虫功能的LED控制方法。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种LED控制电路，其特征在于，包括：
一时脉产生器，根据第一信号控制占空比(duty或duty cycle)，根据第二信号控制频率，并根据所述占空比及频率产生一时脉，用来提供给LED驱动器驱动LED，使所述LED发出频率受调变而占空比固定的高频闪光；
其中，所述LED发出的高频闪光的占空比固定表示所述LED的亮度固定。
本发明的LED控制电路还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的LED控制电路，其中所述高频闪光的频率在60Hz以上变动。
一种LED控制方法，其特征在于，包括下列步骤：
第一步骤：根据第一信号控制占空比；
第二步骤：根据第二信号控制频率；
第三步骤：根据所述占空比及所述频率产生一时脉，用来控制LED驱动电流，使所述LED发出频率受调变而占空比固定的高频闪光；
其中，所述LED发出的高频闪光的占空比固定表示所述LED的亮度固定。
本发明的LED控制方法还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的LED控制方法，其中所述摆动控制信号控制所述高频闪光的频率在60Hz以上变动。
一种LED控制电路，其特征在于，包括：
第一电路，根据第一电压产生第一电流；
第二电路，根据第二电压产生第二电流；
一电容，接受所述第一电流及所述第二电流充放电；
第三电路，根据所述电容上的电压变化产生一时脉，用来控制LED驱动电流，使所述LED发出频率受调变而占空比固定的高频闪光。
前述的LED控制电路，其中所述高频闪光的频率在60Hz以上变动。
前述的LED控制电路，其中所述第一电路包括一转导器。
前述的LED控制电路，其中所述第二电路包括一转导器。
前述的LED控制电路，其中所述第三电路包括一磁滞电路。
一种LED控制方法，其特征在于，包括下列步骤：
第一步骤：设定一LED闪光频率范围，具有一下限；
第二步骤：控制LED在所述频率范围内随时间变动其闪光频率，并控制所述LED的闪光占空比维持固定；
其中，所述下限高于人眼可明显察觉的频率。
前述的LED控制方法，其中所述下限不低于60Hz。
一种LED控制电路，其特征在于，包括：
第一电路，根据第一信号决定一总电流的大小；
一分流电路，根据第二信号将所述总电流分流成第一及第二电流；
一电容，接受所述第一电流及所述第二电流充放电；
第二电路，根据所述电容上的电压变化产生一时脉，用来控制LED驱动电流，使所述LED发出频率受调变而占空比固定的高频闪光。
前述的LED控制电路，其中所述高频闪光的频率在60Hz以上变动。
前述的LED控制电路，其中所述第一电路包括一转导器。
前述的LED控制电路，其中所述第二电路包括一磁滞电路。
一种LED控制方法，其特征在于，包括下列步骤：
第一步骤：根据一频率控制信号决定一总电流的大小；
第二步骤：根据一亮度控制信号将所述总电流分流成一第一及第二电流；
第三步骤：使用所述第一电流及所述第二电流对一电容充放电；
第四步骤：根据所述电容上的电压变化产生一时脉，用来控制LED驱动电流，使所述LED发出频率受调变而占空比固定的高频闪光。
前述的LED控制方法，其中所述频率控制信号控制所述高频闪光的频率在60Hz以上变动。
一种抗虫LED灯，其特征在于，包括：
一LED；
一LED驱动器，用以决定供应所述LED的切换电流；
一时脉产生器，用以产生一时脉给所述LED驱动器，所述时脉具有一固定的占空比以及一变动的时脉频率，使所述LED发出频率受调变而占空比固定的高频闪光；
其中，所述LED发出的高频闪光的占空比固定表示所述LED的亮度固定。
本发明的抗虫LED灯还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的抗虫LED灯，其中还包括：
一占空比控制器，根据一亮度控制信号决定所述占空比；
一频率控制器，根据一频率控制信号决定所述时脉频率。
前述的抗虫LED灯，其中所述时脉产生器包括：
第一转导器，根据第一电压产生一第一电流；
第二转导器，根据第二电压产生一第二电流；
一电容，接受所述第一电流及所述第二电流充放电；
一磁滞电路，根据所述电容上的电压变化产生一时脉，用来控制LED驱动电流，使所述LED发出频率受调变而占空比固定的高频闪光。
前述的抗虫LED灯，其中所述时脉产生器还包括：
一转导器，根据一频率控制信号决定一总电流的大小；
一分流电路，根据一亮度控制信号将所述总电流分流成第一及第二电流；
一电容，接受所述第一电流及所述第二电流充放电；
一磁滞电路，根据所述电容上的电压变化产生一时脉，用来控制LED驱动电流，使所述LED发出频率受调变而占空比固定的高频闪光。
前述的抗虫LED灯，其中所述高频闪光的频率在60Hz以上变动。
采用上述技术方案后，本发明的抗虫LED灯具有以下优点：
1.可以驱逐、混淆或诱捕昆虫。
2.对人眼有照明或装饰功能。
附图说明
图1是人眼与昆虫感知的闪光频率范围关系和闪光模式示意图；
图2是本发明的第一实施例示意图；
图3是本发明的第二实施例示意图；
图4是本发明的第三实施例示意图；
图5是LED驱动器及LED数组的示意图。
具体实施方式
以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步说明。
现请参阅图1，图1是人眼与昆虫感知的闪光频率范围关系和闪光模式示意图。如图1所示，在占空比固定之下，人眼可分辨的闪光频率在fL以下，fL因人而异，一般约在60Hz附近。当光源的闪光频率超出人眼感知范围，即高于fL后，人眼会自动对闪光的亮度取平均而视为一个稳定的光源，并且此光源亮度与占空比成正比而与闪光频率无关。但昆虫可以分辨的闪光频率上限fH高于人类，因此，在保持固定占空比下控制光源以高于fL但低于fH的频率闪烁，配合以适当的频率摆动形态(swing pattern)，亦即闪烁频率随时间做适当的调变如图1所示，便可以在不影响人类的情况下给予昆虫刺激而诱发特定的行为，进而达到驱逐、混淆或诱捕昆虫的效果。
再请参阅图2，图2是本发明的第一实施例示意图。如图2所示，所述占空比控制器12根据亮度控制信号VD决定占空比，并以占空比信号D告知时脉产生器16，频率控制器14根据频率控制信号VF决定频率，并以频率信号f告知时脉产生器16，时脉产生器16根据占空比信号D和频率信号f产生时脉信号CLK给LED驱动器18的致能输入端EN或芯片致能输入端CE，LED驱动器18根据时脉信号CLK开启或关闭供应LED数组20的电流ILED，LED数组20便随着电流ILED之开关而闪烁。在此实施例中，亮度控制信号VD决定电流ILED开关的占空比D，亦即决定LED的亮度，频率控制信号VF决定电流ILED开关的频率f。只要将VD设为定值，而控制VF依特定模式随时间变化，此电路产生的结果即如图1所示。借着亮度控制信号VD，电流ILED的占空比D可以被设定或规划(programmed)，但是保持固定直到下次重新调整占空比，亦即LED数组20的亮度保持固定直到下次重新调整亮度。借着摆动频率控制信号VF，LED数组20产生频率f在fL和fH之间变动的某种摆动形态的闪光。
另请参阅图3，图3是本发明的第二实施例示意图。如图3所示，所述LED驱动器和LED数组与图2的实施例相同，未在此图中绘出。在此时脉产生器中，所述运算放大器30和32的输出连接到晶体管T5和T6的闸极，运算放大器30和32的负输入端连接晶体管T5及T6的源极，电压V1和V2分别连接至运算放大器30和32的正输入端，组成转导器以决定流经晶体管T5和T6的电流I1和I2的大小，I1＝VI/R1，I2＝V2/R2。晶体管T1和T2组成电流镜，镜射电流I2，因此流经晶体管T6的电流I2决定流经晶体管T2及T3的电流I3。换言之，电压V2决定电容C的充电电流I3。另一方面，电压V1则决定电容C的放电电流I1。一磁滞电路如史密斯触发器(Smith Trigger)34连接在电容C和输出端CLK之间，受电容C上的电压变化触发而产生时脉CLK给LED驱动器，以决定供应LED数组的切换电流。时脉CLK开启及关闭的时间分别以t1和t2表示，其占空比和频率分别为
D＝t1/(t1+t2)＝R1V2/(R1V2+R2V1)
与
f＝1/(t1+t2)正比于[(R1/V1)+(R2/V2)]-1
选择适当的电压V1和V2，使占空比D为固定值，频率f在fL和fH之间以某种摆动形态变动，因此产生亮度固定但调变高频闪烁的LED灯光。
图4是本发明的第三实施例示意图。如图4所示，所述LED驱动器和LED数组与图2的实施例相同，未在此图中绘出。在此时脉产生器中，晶体管T8和T9、晶体管T16和T17、晶体管T14和T15以及晶体管T13和T20分别组成电流镜，因此，流经电阻R的电流IR与电压VF成正比，电流Itota1等于电流IR，电流Itotal经晶体管T11和T12分流成电流IA和IB，电流IA和电流IB的比例由电压VD与VB决定。在本实施例中，电压VB是一个固定的参考电压，因此电流IA和电流IB的比例由电压VD决定。由于镜射的关系，电流I2等于电流IA，电流I1等于电流IB。电流I1对电容C充电，电流I2将电容C放电，因而触发磁滞电路(史密斯触发器)34。换言之，电压VF决定之总电流Itotal(＝IA+IB＝I1+I2)决定了时脉CLK的频率(t1+t2)-1，而电压VD则决定了电流I1和I2之间的比例，即决定了时脉CLK的占空比。因此，只要将电压VD与VB之间的差值固定，改变电压VF的大小便能产生占空比固定但频率变动的时脉CLK，进而产生亮度固定但调变高频闪烁的LED灯光。
在其它的实施例中，可以根据特定昆虫的习性，将LED光源闪烁的频率以特定的方式变动。
图5是LED驱动器及LED数组的示意图。如图所示，以市售产品RT9271组成的LED驱动器为例，说明图2的LED驱动器18和LED数组20。LED数组20包含一串LED(D2、D3、D4)连接至LED驱动器的输出端VOUT，前述具有固定占空比的高频时脉CLK连接至芯片RT9271的芯片致能输入端CE，使得此LED驱动器产生高频切换的驱动电流ILED，供应给LED串D2、D3、D4。此LED驱动器的操作是已知技术，其内部具有PWM电流控制回路与功率开关，RT9271受控于时脉CLK而送出或停止驱动电流ILED。由于LED的亮度系由其驱动电流ILED和CLK占空比决定，因此LED串D2、D3、D4发出亮度固定的LED灯光，但是以CLK之频率闪烁。由于闪光的频率高于人眼的感知，因此对人眼而言，此LED灯完全等同于一个固定亮度的光源。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。
组件符号说明
12      占空比控制器
14      频率控制器
16      时脉产生器
18      LED驱动器
20      LED数组
30      运算放大器
32      运算放大器
34      磁滞电路(史密斯触发器

Claims (17)

1.一种LED控制电路，其特征在于，包括：
一时脉产生器，根据第一信号控制占空比，根据第二信号控制频率，并根据所述占空比及频率产生一时脉，用来提供给LED驱动器驱动LED，使所述LED发出频率受调变而占空比固定的高频闪光；
一占空比控制器，提供所述第一信号给所述时脉产生器；
一频率控制器，提供所述第二信号给所述时脉产生器；
其中，所述LED发出的高频闪光的占空比固定表示所述LED的亮度固定。
2.如权利要求1所述的LED控制电路，其特征在于，所述高频闪光的频率在60Hz以上变动。
3.一种LED控制方法，其特征在于，包括下列步骤：
第一步骤：根据第一信号控制占空比；
第二步骤：根据第二信号控制频率；
第三步骤：根据所述占空比及所述频率产生一时脉，用来控制LED驱动电流，使所述LED发出频率受调变而占空比固定的高频闪光；
其中，所述LED发出的高频闪光的占空比固定表示所述LED的亮度固定。
4.如权利要求3所述的LED控制方法，其特征在于，所述第二信号控制所述高频闪光的频率在60Hz以上变动。
5.一种LED控制电路，其特征在于，包括：
第一电路，包括一第一运算放大器和一第一晶体管；所述第一运算放大器的正输入端连接一第一电压，所述第一运算放大器的负输入端连接所述第一晶体管的源极，所述第一运算放大器的输出端连接所述第一晶体管的栅极，流经所述第一晶体管的第一电流随所述第一电压变化；
第二电路，包括一第二运算放大器和一第二晶体管；所述第二运算放大器的正输入端连接一第二电压，所述第二运算放大器的负输入端连接所述第二晶体管的源极，所述第二运算放大器的输出端连接所述第二晶体管的栅极，流经所述第二晶体管的第二电流随所述第二电压变化；
一电容，接受所述第一电流及所述第二电流充放电；
第三电路，包括一磁滞电路根据所述电容上的电压变化产生一时脉，用来控制LED驱动电流，使所述LED发出频率受调变而占空比固定的高频闪光。
6.如权利要求5所述的LED控制电路，其特征在于，所述高频闪光的频率在60Hz以上变动。
7.一种LED控制方法，其特征在于，包括下列步骤：
第一步骤：设定一LED闪光频率范围，具有一上限及一下限，其中所述上限不高于昆虫可感知的频率上限；其中所述下限不低于60Hz；
第二步骤：控制LED在所述频率范围内随时间变动其闪光频率，并控制所述LED的闪光占空比维持固定；
其中，所述第二步骤包括：
提供一第一电压至一第一运算放大器的正输入端，以使源极及栅极分别连接所述第一运算放大器的负输入端及输出端的第一晶体管上产生随所述第一电压变化的第一电流；
提供一第二电压至一第二运算放大器的正输入端，以使源极及栅极分别连接所述第二运算放大器的负输入端及输出端的第二晶体管上产生随所述第二电压变化的第二电流；
通过所述第一电流及所述第二电流对一电容充放电；
根据所述电容上的电压变化产生一时脉，用来控制LED的闪光频率及闪光占空比；
通过控制所述第一电压及所述第二电压以控制LED在所述频率范围内随时间变动其闪光频率，并控制所述LED的闪光占空比维持固定。
8.一种LED控制电路，其特征在于，包括：
第一电路，包括一运算放大器和一晶体管；所述运算放大器的正输入端连接一频率控制信号，所述运算放大器的负输入端连接所述晶体管的源极，所述运算放大器的输出端连接所述晶体管的栅极，流经所述晶体管的总电流随所述频率控制信号变化；
一分流电路，根据一亮度控制信号将所述总电流分流成第一及第二电流；
一电容，接受所述第一电流及所述第二电流充放电；
第二电路，包括一磁滞电路根据所述电容上的电压变化产生一时脉，用来控制LED驱动电流，使所述LED发出频率受调变而占空比固定的高频闪光。
9.如权利要求8所述的LED控制电路，其特征在于，所述高频闪光的频率在60Hz以上变动。
10.一种LED控制方法，其特征在于，包括下列步骤：
第一步骤：提供一频率控制信号至一运算放大器的正输入端，以使源极及栅极分别连接所述运算放大器的负输入端及输出端的晶体管上产生随所述频率控制信号变化的总电流；
第二步骤：根据一亮度控制信号将所述总电流分流成一第一及第二电流；
第三步骤：使用所述第一电流及所述第二电流对一电容充放电；
第四步骤：根据所述电容上的电压变化产生一时脉，用来控制LED驱动电流，使所述LED发出频率受调变而占空比固定的高频闪光；
其中，所述频率控制信号控制所述高频闪光的频率，所述亮度控制信号控制所述高频闪光的占空比。
11.如权利要求10所述的LED控制方法，其特征在于，所述频率控制信号控制所述高频闪光的频率在60Hz以上变动。
12.一种抗虫LED灯，其特征在于，包括：
一LED；
一LED驱动器，用以决定供应所述LED的切换电流；
一时脉产生器，用以产生一时脉给所述LED驱动器，所述时脉具有一固定的占空比以及一变动的时脉频率，使所述LED发出频率受调变而占空比固定的高频闪光；
一占空比控制器，根据一亮度控制信号决定所述占空比；
一频率控制器，根据一频率控制信号决定所述时脉频率；
其中，所述LED发出的高频闪光的占空比固定表示所述LED的亮度固定。
13.如权利要求12所述的抗虫LED灯，其特征在于，所述高频闪光的频率在60Hz以上变动。
14.一种抗虫LED灯，其特征在于，包括：
一LED；
一LED驱动器，用以决定供应所述LED的切换电流；
一时脉产生器，用以产生一时脉给所述LED驱动器，所述时脉具有一固定的占空比以及一变动的时脉频率，使所述LED发出频率受调变而占空比固定的高频闪光，所述时脉产生器包括：
第一电路，包括一第一运算放大器和一第一晶体管；所述第一运算放大器的正输入端连接一第一电压，所述第一运算放大器的负输入端连接所述第一晶体管的源极，所述第一运算放大器的输出端连接所述第一晶体管的栅极，流经所述第一晶体管的第一电流随所述第一电压变化；
第二电路，包括一第二运算放大器和一第二晶体管；所述第二运算放大器的正输入端连接一第二电压，所述第二运算放大器的负输入端连接所述第二晶体管的源极，所述第二运算放大器的输出端连接所述第二晶体管的栅极，流经所述第二晶体管的第二电流随所述第二电压变化；
一电容，接受所述第一电流及所述第二电流充放电；
一磁滞电路，根据所述电容上的电压变化产生一时脉，用来控制LED驱动电流，使所述LED发出频率受调变而占空比固定的高频闪光；
其中，所述LED发出的高频闪光的占空比固定表示所述LED的亮度固定。
15.如权利要求14所述的抗虫LED灯，其特征在于，所述高频闪光的频率在60Hz以上变动。
16.一种抗虫LED灯，其特征在于，包括：
一LED；
一LED驱动器，用以决定供应所述LED的切换电流；
一时脉产生器，用以产生一时脉给所述LED驱动器，所述时脉具有一固定的占空比以及一变动的时脉频率，使所述LED发出频率受调变而占空比固定的高频闪光，所述时脉产生器包括：
一运算放大器和一晶体管；所述运算放大器的正输入端连接一频率控制信号，所述运算放大器的负输入端连接所述晶体管的源极，所述运算放大器的输出端连接所述晶体管的栅极，流经所述晶体管的总电流随所述频率控制信号变化；
一分流电路，根据一亮度控制信号将所述总电流分流成第一及第二电流；
一电容，接受所述第一电流及所述第二电流充放电；
一磁滞电路，根据所述电容上的电压变化产生一时脉，用来控制LED驱动电流，使所述LED发出频率受调变而占空比固定的高频闪光；
其中，所述LED发出的高频闪光的占空比固定表示所述LED的亮度固定。
17.如权利要求16所述的抗虫LED灯，其特征在于，所述高频闪光的频率在60Hz以上变动。
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