CN103068130A

CN103068130A - 数字控制的变色温led光源

Info

Publication number: CN103068130A
Application number: CN2013100174511A
Authority: CN
Inventors: 孙杰; 安亮; 张静文
Original assignee: Tianjin University of Technology
Current assignee: Tianjin University of Technology
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2013-04-24

Abstract

一种数字控制的变色温LED光源。本发明光源包括AT89S52单片机、D/A数模转换器、电压电流转换器和LED发光体；所述的AT89S52单片机依次连接D/A数模转换器、电压电流转换器和LED发光体。本发明以AT89S52单片机为系统控制部分的核心，由AT89S52单片机控制D/A数模转换器根据需求进行电压输出，由电压电流转换器根据输入电压而产生特定恒流输出，该恒流驱动LED发光体，利用大功率LED芯片发光光谱、色温和显色指数随电流的变化进行了设计，利用LED光谱的三个峰值相对位置，将色温可从3300K变化到5000K，以满足室内照明光源对色温的不同需求。

Description

数字控制的变色温LED光源

技术领域

本发明属于光学照明技术应用领域，可以通过单片机采用数字控制方法实现不同色温的照明。

背景技术

近年来，LED以其优良的性能，被越来越多地应用于室内外照明场合。同时，不同的照明需求对照明的色温、显色指数等色度指标提出了新的要求。自从蓝光LED被发明以来，人们开始研发各种大功率白光LED封装技术，希望白光LED能够取代传统的照明光源。目前市场上白光LED生产技术主要分为两大主流，第一为利用荧光粉将蓝光LED或紫外LED所产生的蓝光或紫外光分别转换为双波长或三波长白光，此项技术称之为荧光粉转换白光LED；第二类则为多芯片型白光LED，经由组合两种（或以上）不同色光的LED组合以形成白光。第一种方法可得到中高色温的白光，对于暖色温显色性较差。为了解决这一问题，通常加入红色荧光粉，但红色荧光粉的激发效率较低，导致整体光效偏低。第二种方法需要分别给三种芯片供电，驱动电路复杂，且三种芯片的老化衰减不一致，长期工作会导致色温偏移。

本发明利用单芯片LED在不同驱动条件下产生不同色温光，其方法简单实用。

发明内容

本发明目的是解决改变LED色温的技术问题，提供一种数字控制LED色温的方法。

本发明提供的数字控制的变色温LED光源包括AT89S52单片机、D/A数模转换器、电压电流转换器和LED发光体；所述的AT89S52单片机依次连接D/A数模转换器、电压电流转换器和LED发光体。

AT89S52单片机是一种低功耗。高性能CMOS8位微控制器，具有8K可编程Flash存储器，该单片机用于通过数值方式控制数模转换器输出相应模拟电压；

D/A数模转换器是将单片机输出的数字量转化为模拟电压，将此模拟电压输入到电流转换器，以实现LED发光体的亮度控制；

电压电流转换器V/I，主要部分由电压比较器串联大功率达林顿管，再将保护二极管串联到达林顿管上,实现了保护LED的目的。它是电压控制的电流源，将单片机给出数字对应的模拟电压转换为不同的电流，以此电流驱动LED发光，驱动电路不同，LED发光的色温也不同；

LED发光体的发光峰值波长随驱动电流而变化，不同的峰值波长对应不同的色温。

本发明的优点和有益效果：

本发明依据LED的光谱性能、色温随驱动电流的变化而变化，通过与单片机连接的数字接口实现LED照明色温的变化，具有广阔的应用前景。

附图说明：

图1：本发明的系统结构图；

图2：系统键盘电路；

图3：单片机AT89S52最小系统；

图4：D/A转换芯片TLC5618；

图5：V/I转换电路；

图6：系统主程序框图；

图7；D/A转换子程序框图。

图8：不同电流驱动下LED发光效果。

具体实施例：

实施例1

如图1所示，本发明提供的数字控制的变色温LED光源包括AT89S52单片机、D/A数模转换器、电压电流转换器和LED发光体；所述的AT89S52单片机依次连接D/A数模转换器、电压电流转换器和LED发光体。

变色温LED光源各部分的具体结构详述如下：

1.色温控制输入

本系统控制部分以单片机AT89S52为核心,其中使用一个色温选择键盘，它由三个键构成，并与单片机P1口连接，采用巡回检测方式检测单片机AT89S52的P1口引脚上电平变化，以此来判断是否有按钮按下，且哪个按键按下。不同按键选择不同的色温（驱动LED的电流值）。

2.数字控制方式的实现

如图3所示单片机P0.0、P0.1、P0.2引脚是输出信号的引脚，它与D/A转换芯片TLC5618连接。其中，单片机引脚P0.0与TLC5618串行数据输入端相连，用于传输需要转换成模拟电压的数字信号。单片机引脚P0.1用于给D/A转换芯片TLC5618输入序列脉冲，作为TLC5618的D/A转换时钟信号。引脚P0.2作为TLC5618的片选信号，控制该芯片D/A转换是否有效。整体系统工作流程按图6实现，D/A转换程序按图7流程实现。

3.LED驱动

LED驱动由系统中的电压/电流转换器来实现，D/A转换器的输出电压作为控制电压加在图5所示电路的输入端,输出电流Ie在取样电阻R4上得到一个反馈电压Vf=Ie*R4,通过R3,加到运算放大器的反相输入端，R3两端的电压为V′,设运放的同相端和反相端的电压为V+、V-。V+输入电压由D/A的输出提供。理想运放两端的输入电流值:I+=I-≈0,且V+=V-,V′≈0,故V+≈Ie*R4，在此式中,Ic为实际输出的恒定电流。由于TIP122的放大倍数β最小为1000,故Ie≈Ic;而V+为D/A输出电压,R4是输出回路中引入的反馈电阻。可见,实际输出的恒定电流Ic由D/A转换的输出电压V+和R4的阻值决定且按线性变化。R4采用大线径锰铜丝制作,其温度系数很小(5×10-6/°C),可看作阻值不变。选用大功率晶体管,且使用散热片,保证其工作在线性区时,实际输出的电流Ic仅由D/A输出的电压决定。当电流变化时,同样可以得到相应的调整,而且闭环调整速度极快。

4.变色温控制

随着LED驱动电流的变化（从0到450mA），相对光谱也会随之变化，LED发光的色温会从5000K调整到3375K。

5.控制系统参数选择实例

单片机P1口P1.0,P1.1,P1.2三个引脚所连接的三个按键分别对应实现4500K，3850K，3400K三种色温的设置。当按下P1.0对应的按键时，单片机P0.0引脚向D/A转换输入数字量066H，则D/A将该数字转换成电压0.005V，再通过V/I转换电路输出电流50mA；当按下P1.1对应的按键，单片机P0.0引脚向D/A转换输入数字量19AH，相应的电压为0.02V，再通过V/I转换电路输出电流200mA；当按下P1.2对应的按键，单片机P0.0引脚向D/A转换输入数字量333H，通过D/A转换成电压0.04V，再通过V/I转换电路输出电流400mA。

50mA、200mA、400mA分别对应着LED输出色温分别为4500K、3850K、3400K的光。不同控制参数参见表1。

表1

数字量	模拟电压/V	电流/mA	色温/K
				066H	0.005	50	4500
19AH	0.02	200	3850
				333H	0.04	400	3400

Claims

1.一种数字控制的变色温LED光源，其特征在于本发明包括AT89S52单片机、D/A数模转换器、电压电流转换器和LED发光体，所述的AT89S52单片机依次连接D/A数模转换器、电压电流转换器和LED发光体；

所述的AT89S52单片机，是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K可编程Flash存储器，该单片机通过输出数值控制数模转换器输出相应电压；

D/A数模转换器是将单片机输出的数字量转化为模拟电压，将此模拟电压输入到电压电流转换器，以实现LED发光体的亮度控制；

电压电流转换器V/I，主要部分由电压比较器串联大功率达林顿管，再将保护二极管串联到达林顿管上,实现了保护LED的目的。它是一种将输入的电压信号转换成电流信号的电路，是电压控制的电流源，将单片机给出数字对应的模拟电压转换为不同的电流，以此电流驱动LED发光，驱动电流不同，LED发光的色温也不同；

2.一种使用权利要求1所述，将LED光源进行数字可调的变色温方法，其特征在于：本发明控制部分以单片机AT89S52为核心,由单片机控制D/A转换装置根据需求进行电压输出，由电压电流转换器根据输入电压而产生特定恒流输出，该恒流驱动LED产生特定色温的光输出。