CN102131331A - 一种基于韦伯定律的led控制电路 - Google Patents

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孙耀杰
林燕丹
钱敏华
童立青
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Abstract

本发明属于照明控制技术领域，具体涉及一种用于基于韦伯定律的LED控制电路。本发明提出的一种基于韦伯定律的LED控制电路是用一个光电探测器来检测被控LED点亮之后周围环境的实际照度，并产生一个与之对应的电压信号，然后该电压信号经过采样调理电路处理后送入控制电路，控制电路根据韦伯定律利用该电压信号计算出在该照度水平下可以进一步减小的照度值，并产生一个与之对应的控制信号，该控制信号被驱动电路接收，最终由驱动电路根据该控制信号来减小LED的工作电流，从而达到既能降低能耗提高LED寿命但又不影响照明视觉效果的目的。

Description

一种基于韦伯定律的LED控制电路
技术领域
本发明属于照明控制技术领域，具体涉及一种基于韦伯定律的LED控制电路。
背景技术
在节能减排、环境保护成为全球性议题的今天，LED作为新型高效固体光源，因其具有能耗低，寿命长的特点而被越来越广泛的应用于各个领域。
但是LED尤其是大功率LED在使用过程中会产生大量的热，这些热量会使LED的温度迅速升高，最终会严重缩短LED的使用寿命。
针对这个问题目前的解决方法大多是侧重于改进LED器件自身的散热结构，例如采用大体积，结构复杂的散热器；使用热管来导热；甚至还有使用一整套复杂的水冷设备来冷却的。以上这些方法均从加强散热的角度解决问题。
本发明提出了一种基于韦伯定律的LED控制电路，从人眼视觉生理的角度出发，在保证照明效果的前提下，该控制电路能在不影响照明视觉效果的前提下最大限度的减少LED的光强输出，从而可以最大限度的减少能耗、降低LED的温度，也就最大限度的提高了LED的寿命。
发明内容
本发明的目的在于利用实验心理学的重要成果，提出一种基于韦伯定律的能够降低LED功耗、延长LED寿命的控制电路。
所谓韦伯定律是指对于任何同一类的刺激，产生一个最小可觉差所需增加的刺激量，总是等于当前刺激量与一个固定分数的乘积，这个固定分数被称作韦伯分数。即：                                               
Figure 201110043765X100002DEST_PATH_IMAGE002
,其中表示为了产生一个最小可觉差所需增加的刺激量，
Figure 201110043765X100002DEST_PATH_IMAGE006
表示当前刺激量，
Figure 201110043765X100002DEST_PATH_IMAGE008
表示韦伯分数。简单来说，韦伯定律就是指当周围环境的照度为时，如果我们将周围环境的照度增加或减少
Figure 201110043765X100002DEST_PATH_IMAGE010
，则人眼是觉察不到周围环境的照度已经发生变化的。
本发明正是利用了这一原理，用一个光电探测器来检测被控LED点亮之后周围环境的实际照度，并结合该环境下的视觉需求，并产生一个与之对应的电压信号，然后该电压信号经过采样调理电路处理后送入控制电路，控制电路根据韦伯定律利用该电压信号计算出在该照度水平下可以进一步减小的照度值，并产生一个与之对应的控制信号，该控制信号被驱动电路接收，最终由驱动电路根据该控制信号来减小LED的工作电流，从而达到既能降低能耗提高LED寿命但又不影响照明视觉效果的目的。
本发明提出的基于韦伯定律的LED控制电路，具体构成如下：
1）一光电探测器1，用于检测周围环境的光照度，并产生一个与之对应的电压信号；
2）一采样调理电路2，用于对光电探测器输出的电压信号进行处理，以便于控制系统识别该信号；
3）一控制电路3，用于根据采样调理电路输出的电压值计算出在该照度水平下可以进一步减小的照度值，并产生一个与之对应的控制信号；
4）一驱动电路4，用于根据控制电路输出的控制信号，调整LED中的电流，从而改变LED的亮度；
其中：光电探测器1依次连接采样调理电路2、控制电路3、驱动电路4和被控LED。
本发明中，所述采样调理电路2包括分压电路、稳压管、滤波电路及运算放大器，光电探测器1输出的电压信号经过分压电路分压后，再连接一稳压管，然后通过滤波电路滤除高频干扰信号后，再通过运算放大器进行驱动放大。
本发明中，所述控制电路3包括一DSP,所述DSP的A/D转换单元的输入引脚和采样调理电路2的运算放大器的输出端相连，所述DSP的控制信号通过PWM波输出引脚向外输出。
本发明中，所述驱动电路4包括一BUCK或其它直流变换电路，所述直流电压变换电路中的MOSFET的控制信号来自控制电路3的DSP输出PWM波。
本发明提出的LED控制电路，具有以下明显优点：
1）由于本发明减小了LED中的电流，因而可以从根本上减少LED的发热量；
2）本发明可以在不影响照明视觉效果的前提下降低LED的亮度，因而可以使LED的能耗更低、寿命更长。
附图说明
图1是本发明的系统结构框图。
图2是本发明的电路原理图。
图中标号：1为光电探测器，2为采样调理电路，3为控制电路，4为驱动电路，5为被控LED。
具体实施方式
以下结合附图和实例，对本发明作进一步的详细描述。
参见图1，本发明中的LED控制电路包括一个光电探测器1、一个采样调理电路2、一个控制电路3、一个驱动电路4以及被控LED5。所述光电探测器1检测当被控LED点亮后周围环境的实际光照度，并产生一个与之对应的电压信号，所述采样调理电路2对上述电压信号进行处理后送入控制电路3，控制电路3根据实验心理学中韦伯定律和人眼视锐度主观评价方法计算出在该照度水平下并且在不影响照明视觉效果的前提下，还可以进一步减小的照度值，并产生一个与之对应的控制信号。所述控制电路4接收该控制信号后控制被控LED5中的电流值，使得最终能够达到被控LED5能耗降低但又不影响照明视觉效果的目的。
参见图2，所述采样调理电路2包括稳压管D1、由电阻R1和电阻R2组成的分压电路、由电阻R3和电容C1以及限流电阻R4和电容C2组成的滤波电路以及运算放大器OP07。光电探测器3输出的电压信号经过由电阻R1和电阻R2组成的分压电路分压后，再连接一稳压值为3.3V的稳压管，然后通过由电阻R3和电容C1组成的滤波电路滤除高频干扰信号后再通过运算放大器OP07进行驱动放大。
所述控制电路4主要采用TI公司的型号为TMS320F2812或类似性能的DSP。经采样调理电路2处理后的信号被送入DSP的A/D转换单元，DSP的A/D转换单元将该模拟信号转换为对应的数字信号，然后DSP根据韦伯定律利用该数字信号计算出在不影响照明视觉效果的前提下可以进一步减小的照度值，并且根据该计算结果发出一组PWM波用以控制LED。
所述驱动电路4由两个驱动放大芯片SN74HC540DW和IR2113S或类似芯片、一个限流电阻R4以及一个BUCK或其它直流变换电路组成。由DSP输出的PWM波经过上述两驱动放大芯片后再与一限流电阻相连，最后被送入BUCK电路，用以周期性的控制BUCK电路中的MOSFET的开通和关断，以此来达到减小被控LED工作电流的目的。

Claims (4)

1.一种基于韦伯定律的LED控制电路，其特征在于该电路构成如下：
1）一光电探测器(1)，用于检测周围环境的光照度，并产生一个与之对应的电压信号；
2）一采样调理电路(2)，用于对光电探测器输出的电压信号进行处理，以便于控制系统识别该信号；
3）一控制电路(3)，用于根据采样调理电路输出的电压值计算出在该照度水平下可以进一步减小的照度值，并产生一个与之对应的控制信号；
4）一驱动电路(4)，用于根据控制电路输出的控制信号，调整LED中的电流，从而改变LED的亮度；
其中：光电探测器(1)依次连接采样调理电路(2)、控制电路(3)、驱动电路(4)和被控LED。
2.根据权利要求1所述的基于韦伯定律的LED控制电路，其特征在于：所述采样调理电路(2)包括分压电路、稳压管、滤波电路及运算放大器，光电探测器(1)输出的电压信号经过分压电路分压后，再连接一稳压管，然后通过滤波电路滤除高频干扰信号后，再通过运算放大器进行驱动放大。
3.根据权利要求1所述的基于韦伯定律的LED控制电路，其特征在于：所述控制电路(3)包括一DSP,所述DSP的A/D转换单元的输入引脚和采样调理电路(2)的运算放大器的输出端相连，所述DSP的控制信号通过PWM波输出引脚向外输出。
4.根据权利要求1所述的基于韦伯定律的LED控制电路，其特征在于：所述驱动电路(4)包括一BUCK电路或其它直流变换电路，所述BUCK电路中的MOSFET的控制信号来自控制电路(3)的DSP输出的PWM波。
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