CN101562932A - 一种基于pfm的无色漂led线性调光系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于PFM的无色漂LED线性调光系统，包括开关电源模块，PFM调制模块及与LED负载串联的开关管驱动电路模块，市电经开关电源模块恒流输出驱动LED负载，PFM调制模块对脉冲频率调制进而调节与LED负载串联的开关管驱动电路模块开通时间的占空比，实现对LED无色漂线性调光。采用比较器、逻辑门器件、三极管、电阻及电容等基本电子原器件组成的线性调光系统实现无色漂LED线性调光，对LED进行亮度的线性调节并且在亮度调节过程中无色差无色温漂移的功能，使人们可根据需要随意地调节LED灯的亮度，既方便了人们的生活又有效地节约了能源；系统结构简单，工作稳定，成本低，适用于室内照明、舞台灯光、建筑照明和景观照明等多个照明领域。

Description

一种基于PFM的无色漂LED线性调光系统
技术领域
本发明涉及半导体照明技术领域，具体说是一种基于PFM的无色漂LED线性调光系统。
背景技术
LED光源与普通光源不一样，LED的电压与电流跟亮度不是线性的比例关系，达到一定的电压，LED就亮，达到一定的电流，LED就可以达到80％的亮度，通过调电压和电流是不能平均的由0-100％这样调节亮度的，而且经常改变LED的电流和电压，对LED寿命有很大的影响。而且像白光的LED，如果不是在额定的电压和电流状态下，LED的色温会产生变化，在额定的电压和电流状态下，LED会发出很纯正的白光，如果你把电压和电流降低了，白光就会变成发黄或者发灰的白光，这样调光就没有任何意义了。
目前，现有技术中调节LED光强度的方式主要由以下几种：一种是采用通过直接调节与LED相串联电阻阻值的模拟调光方式实现LED调光，采用该种方法调节虽然电路结构简单、成本低，但是缺点亦非常显著，在调光时会引起LED色温改变颜色漂移，第二种是采用MCU软件硬件结合的调光方式虽然在调光时不致引起色漂，但每一个像素都需要一个可控电源流，系统复杂成本较高。
为了增加LED灯的工作稳定性及使用寿命，现有技术中对于LED调光系统有待进一步提高和改进。
发明内容
本发明所要解决的问题就是针对现有技术的缺点提供一种调光效果好、工作稳定的基于PFM的无色漂LED线性调光系统，系统结构简单，成本低。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于PFM的无色漂LED线性调光系统，其特征在于：包括开关电源模块，PFM调制模块及与LED负载串联的开关管驱动电路模块，市电经开关电源模块恒流输出驱动LED负载，PFM调制模块对脉冲频率调制进而调节与LED负载串联的开关管驱动电路模块开通时间的占空比，实现对LED无色漂线性调光。
进一步的，开关管驱动电路模块中的开关管为金氧半场效晶体管，热稳定性好，工作安全区大。
进一步的，开关管驱动电路模块中的开关管为绝缘栅双极型晶体管，驱动功率小，饱和压降低。
进一步的，所述的PFM调制模块包括Vcc电源，Vcc电源的第一支路上串联若干个电阻后分别比较器A及比较器B连接，比较器A与比较器B另一端分别连接逻辑门，两个逻辑门之间首位交错连接；Vcc电源的第二支路上串联可调电阻及三极管后与LED负载连接，LED负载的另一端串接电容，第二支路通过三极管及LED负载与第一支路形成回路。
进一步的，所述的第二支路上串联有充电电阻对电容进行充电，在电容上串联有放电电阻。
进一步的，所述的两个逻辑门分别为连接比较器A的与非门一及连接比较器B的与非门二。
采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：本发明采用比较器、逻辑门器件、三极管、电阻及电容等基本电子原器件组成的线性调光系统，通过调节可调电阻阻值改变对电容充放电时间常数，再通过比较器及逻辑门器件输出脉冲频率，实现无色漂LED线性调光，对LED进行亮度的线性调节并且在亮度调节过程中无色差无色温漂移的功能，使人们可根据需要随意地调节LED灯的亮度，既方便了人们的生活又有效地节约了能源；系统结构简单，工作稳定，成本低，适用于室内照明、舞台灯光、建筑照明和景观照明等多个照明领域。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为本发明的功能框图；
图2为本发明PFM调制模块的电路原理图；
图3为本发明PFM调制模块输出脉冲波形原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的主要包括开关电源模块，PFM调制模块及与LED负载串联的开关管驱动电路模块，市电经开关电源模块恒流输出驱动LED负载，PFM调制模块对脉冲频率调制进而调节与LED负载串联的开关管驱动电路模块开通时间的占空比，实现对LED无色漂线性调光。开关管驱动电路模块中的开关管为金氧半场效晶体管，热稳定性好，工作安全区大，或者采用绝缘栅双极型晶体管，驱动功率小，饱和压降低。
如图2所示，所述的PFM调制模块所述的PFM调制模块包括Vcc电源，Vcc电源的第一支路上串联若干个电阻后分别比较器A77及比较器B71连接，比较器A77与比较器B71另一端分别连接逻辑门，两个逻辑门之间首位交错连接；Vcc电源的第二支路上串联可调电阻及三极管后与LED负载连接，LED负载的另一端串接电容，第二支路通过三极管及LED负载与第一支路形成回路。
下面给出上述PFM调制模块的一种优选电路结构：Vcc电源经串联电阻分压后一端接比较器A77的正极，另一端接比较器B71的负极，Vcc电源电压可以为5V或者3.3V等，连接在比较器和电源之间的电阻阻值可以根据实际需要选取，在图2中选取三个阻值均为10K的电阻R1、R2及R3，以下将仅以图2为例进行详细说明：
从图2中可以得出，若将Vcc电源的输入电压设为Vcc时，比较器A77的正极电压则为2/3Vcc，而比较器B71的负极电压为1/3Vcc，上面两个电压值与接在比较器和电源之间的电阻阻值选取有关，如若选取不同的电阻对应的电压值可能会有所改变。
电容电压在上升期间，当电压超过2/3Vcc时，比较器A7的负引脚输入电压将大于其正引脚输入电压，比较器A7输出电平为低，与非门一8输出高电平。而此时，比较器B71的正引脚电压为电容电压大于2/3Vcc，而负引脚电压为1/3Vcc，使得比较器B71输出电平为高。综上所述Vo输出电平将为低，与此同时，由于与非门一8输出高电平导致晶体管T开通，电容5通过放电电阻43及三极管6进行放电，电容电压从2/3Vcc开始下降。
电容5的电压下降期间，在电容5电压大于1/3Vcc时，比较器B71的正引脚电压为电容电压，而负引脚电压为1/3Vcc，比较器B71持续输出电平为高，Vo输出电平持续为低，三极管6持续开通，电容5通过放电电阻43及三极管6继续放电，电容5电压进一步下降。
当电容5电压低于1/3Vcc时，比较器B71的正引脚输入电平为电容电压而负引脚电平为1/3Vcc，使得比较器B71输出电平为低，Vo输出电平由低电平变成了高电平。此时比较器A7输出的是高电平，Vo输出电平由低电平变成了高电平将使得与非门一8的输出由高电平变成低电平，三极管6关断，电容5进入充电阶段，电容电压从1/3Vcc上升。
电容5电压上升期间，在电压低于2/3Vcc时，Vo输出电平持续为高电平。综上所述，Vo输出电平及电容电压的波形如图3所示。
由以上的分析可知，Vo输出电平为低的时间t1为电容电压从2/3Vcc经放电电阻43放电到1/3Vcc所耗时间；Vo输出电平为高的时间t2为电容电压由Vcc经过充电电阻42充进行充电，电容电压从1/3Vcc上升到2/3Vcc到所经历时间。
如图2所示，充电过程是：Vcc电源通过充电电阻42和LED负载对电容5进行充电；而放电过程则是电容5通过放电电阻43和三极管6进行放电。
经过分析，可知充放电时间分别为：
式1：t1＝R1C ln 2≈0.7R1C
式2：t2＝R2C ln 2≈0.7R2C
如式1、式2所示，上述两式中R1为放电回路中的放电电阻43，R2为充电回路中的充电电阻42，若固定放电电阻43值一定，则Vo输出电平为低的时间便为一定，通过调节充电电阻42则充电常数发生变化，则Vo输出电平为高的时间也跟着充电电阻42变化而变化。如式3所示，同时，信号频率发生了变化，更为重要的是高电平的占空比也将发生变化，从而通过调节可调电阻成功实现了通过调节PFM调制模块的可调电阻实现脉冲频率调制进而调节脉冲波的占空比，最终实现了基于PFM无色漂LED线性调光系统。
式3： f = 1 t 1 + t 2 ≈ 1.43 ( R 1 + R 2 ) C
上述的实施例仅为本发明的优选实施例，图中各元器件参数均可以根据实际需要自行选取，对应不同的参数，只是输出状态翻转的临界状态值、充放电时间常数有所改变，不会影响整个调光系统。

Claims (6)

1、一种基于PFM的无色漂LED线性调光系统，其特征在于：包括开关电源模块(1)，PFM调制模块(2)及与LED负载(4)串联的开关管驱动电路模块(3)，市电经开关电源模块(1)恒流输出驱动LED负载(4)，PFM调制模块(2)对脉冲频率调制进而调节与LED负载(4)串联的开关管驱动电路模块(3)开通时间的占空比，实现对LED无色漂线性调光。
2、根据权利要求1所述的一种基于PFM的无色漂LED线性调光系统，其特征在于：开关管驱动电路模块(3)中的开关管为金氧半场效晶体管。
3、根据权利要求1所述的一种基于PFM的无色漂LED线性调光系统，其特征在于：开关管驱动电路模块(3)中的开关管为绝缘栅双极型晶体管。
4、根据权利要求1所述的一种基于PFM的无色漂LED线性调光系统，其特征在于：所述的PFM调制模块(2)包括Vcc电源，Vcc电源的第一支路上串联若干个电阻后分别比较器A(7)及比较器B(71)连接，比较器A(7)与比较器B(71)另一端分别连接逻辑门，两个逻辑门之间首位交错连接；Vcc电源的第二支路上串联可调电阻(41)及三极管(6)后与LED负载(4)连接，LED负载(4)的另一端串接电容(5)，第二支路通过三极管(6)及LED负载(4)与第一支路形成回路。
5、根据权利要求4所述的一种基于PFM的无色漂LED线性调光系统，其特征在于：所述的第二支路上串联有充电电阻(42)对电容(5)进行充电，在电容(5)上串联有放电电阻(43)。
6、根据权利要求4所述的一种基于PFM的无色漂LED线性调光系统，其特征在于：所述的两个逻辑门分别为连接比较器A(7)的与非门一(8)及连接比较器B(71)的与非门二(81)。
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