CN103298221A - 一种led照明灯调光电路和方法 - Google Patents

Abstract

一种LED照明灯调光电路，由开关与亮度控制信号给定单元、亮度控制信号变换单元、亮度调节驱动单元组成；一种LED照明灯调光方法，采用控制交流电源正负半波是否通过的方法，用单火线方式给出LED照明灯亮度控制信号，亮度控制信号控制数字电位器输出PWM占空比调制电压，PWM占空比调制电压和三角波信号比较后产生PWM亮度控制信号，占空比可调的PWM亮度控制信号通过亮度调节驱动单元控制LED照明灯的亮度改变。所述电路无需遥控器，无需控制线，也不用重新敷设电源线，可以实现普通照明灯的替代升级。

Description

一种LED照明灯调光电路和方法

技术领域

本发明涉及一种照明灯具技术，尤其是一种LED照明灯的多级调光电路和方法。

背景技术

由于LED照明灯的非线性特性，LED照明灯的亮度不能采用调节电压的方式来实现。

采用可控恒流源来调节LED照明灯的亮度时，工作电流的改变会带来LED照明灯的色谱偏移，同时，低亮度下LED照明灯负载电流也变得很低，会使可控恒流源效率降低及温升增高，损耗在驱动芯片上的功耗增大，从而会损害恒流源及LED光源的寿命。

采用PWM（脉宽调制）调光方式控制LED照明灯亮度，可以避免调压方式和调电流方式带来的问题。目前常用的LED照明灯调光方法有三种：

一是采用遥控器控制。LED照明灯控制电路装有遥控器接收装置，可以通过遥控器对LED照明灯进行有级调光或者是多级调光，其缺点是一个照明灯配备一个遥控器，遥控器多，管理麻烦，成本也偏高。

二是采用数字控制技术。例如，采用DALI（数字可寻址的照明接口）技术，DALI系统软件可对同一强电回路或不同回路上的单个或多个LED照明灯具进行独立寻址，通过DALI系统软件对单灯或任意的灯组进行精确的调光及开关控制。该方案技术先进，但成本很高，系统除需要布设电力线外，还需要布设控制线。

三是采用单火线开关通断控制技术。例如，采用NU102专用芯片，即可利用普通墙面开关在规定的时间内的开关动作，实现LED照明灯的亮度调节；但现有的该方法只能提供4档LED照明灯的调节亮度，且开关动作有时间要求。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种在不改变现有照明线路布线的情况下，采用单火线方式实现对LED照明灯亮度进行多级调光的电路和方法。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种LED照明灯调光电路，由开关与亮度控制信号给定单元、亮度控制信号变换单元、亮度调节驱动单元组成，其特征在于：

所述开关与亮度控制信号给定单元设有单火线输入端、单火线输出端，所述单火线输入端连接至交流电源火线；所述亮度控制信号变换单元设有火线输入端、零线输入端、PWM亮度控制信号输出端，所述火线输入端连接至单火线给定单元的单火线输出端，所述零线输入端连接至交流电源零线；所述亮度调节驱动单元设有火线输入端、零线输入端、PWM亮度控制信号输入端，所述火线输入端连接至单火线给定单元的单火线输出端，所述零线输入端连接至交流电源零线，所述亮度控制信号输入端连接至所述亮度控制信号变换单元的PWM亮度控制信号输出端，所述亮度控制信号变换单元的参考地和亮度调节驱动单元的参考地连接至公共参考地。

所述交流电源为单相220V交流电。

所述开关与亮度控制信号给定单元由电源开关、第一二极管、第二二极管、亮度增加开关、亮度减小开关组成；所述电源开关的静触头连接至单火线输入端，所述亮度增加开关的静触头、亮度减小开关的静触头联结后连接至所述电源开关的动触头，所述亮度增加开关的动触头连接至所述第一二极管阴极，所述亮度减小开关的动触头连接至所述第二二极管阳极，所述第一二极管阳极、第二二极管阴极联结后连接至单火线输出端。

所述亮度控制信号变换单元中，

由单相整流桥堆、第一电容、第一电阻、第一稳压管组成直流工作电源电路，所述直流工作电源电路设有直流电源输出端；所述单相整流桥堆的2个交流输入端分别连接至火线输入端及零线输入端、直流负输出端连接至所述公共参考地、直流正输出端与所述第一电容正极、第一电阻的一端联结在一起；所述第一电阻的另外一端与第一稳压管阴极联结后连接至所述直流电源输出端，所述第一稳压管阳极连接至所述公共参考地。

由第三二极管、第四二极管、第二电阻、第三电阻、第一非门、第二非门、第二稳压管、第三稳压管组成亮度控制脉冲取样与整形电路；所述第三二极管阳极连接至所述火线输入端、阴极连接至所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另外一端、第一非门输入端、第二稳压管阴极联结在一起，所述第二稳压管阳极连接至所述公共参考地；所述第四二极管阳极连接至所述零线输入端、阴极连接至所述第三电阻的一端，所述第三电阻的另外一端、第二非门输入端、第三稳压管阴极联结在一起，所述第三稳压管阳极连接至所述公共参考地。

由数字电位器、肖特基二极管、第二电容组成PWM占空比调制电压产生电路，所述PWM占空比调制电压产生电路设有PWM占空比调制电压输出端；所述的数字电位器中，上移控制输入端连接至所述第一非门输出端，下移控制输入端连接至所述第二非门输出端，正电源输入端与电位器上限位端联结后连接至所述直流工作电源电路的直流电源输出端，负电源输入端与电位器下限位端连接至所述公共参考地，自动存储控制端与所述肖特基二极管阴极、第二电容正极联结在一起，电位器中心抽头端连接至所述PWM占空比调制电压输出端；所述肖特基二极管阳极连接至所述直流工作电源电路的直流电源输出端，所述第二电容负极连接至所述公共参考地。

由第一运放、第二运放、第三电容、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻组成三角波发生电路，所述三角波发生电路设有三角波信号输出端，所述三角波信号输出端连接至所述第二运放输出端。

由第三运放、第九电阻、第十电阻组成PWM发生电路，所述PWM发生电路设有PWM亮度控制信号输出端；所述第九电阻的一端连接至所述PWM占空比调制电压输出端、另外一端连接至所述第三运放的正输入端，所述第十电阻的一端连接至所述三角波信号输出端、另外一端连接至所述第三运放的负输入端，所述第三运放的输出端连接至所述PWM亮度控制信号输出端。

所述亮度调节驱动单元由LED驱动器、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第五电容、第六电容、第七电容、电感、第四稳压管、开关管、第十一电阻、第十二电阻组成，其中，第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管组成单相桥式整流电路；所述单相桥式整流电路的2个交流输入端分别连接至所述火线输入端、零线输入端；所述单相桥式整流电路的直流输出负端连接至所述公共参考地；所述单相桥式整流电路的直流输出正端连接至所述第五电容正极、第六电容的一端、LED驱动器的电源输入端、电感的一端、第四稳压管阴极；LED驱动器的地输入端连接至所述公共参考地；所述第五电容负极、第六电容的另一端连接至所述公共参考地；所述第四稳压管阳极与开关管的漏极联结后作为大功率LED照明灯的负极性连接端；所述电感的另外一端作为大功率LED照明灯的正极性连接端；所述开关管的源极与第十一电阻一端联结后连接至所述LED驱动器的LED电流检测端；所述第十一电阻的另一端连接至所述公共参考地；所述开关管的栅极连接至所述LED驱动器的驱动端；所述第十二电阻的一端连接至所述LED驱动器的振荡频率控制端、另一端连接至所述公共参考地；所述第七电容正极连接至所述LED驱动器的控制电压输出端和线性电流控制端、负极连接至所述公共参考地；所述LED驱动器的使能控制端为所述PWM亮度控制信号输入端。

所述第一非门、第二非门采用集成非门器件74HC14中的2个独立非门。

所述第一运放、第二运放、第三运放采用4运放集成电路LMV324中的3个独立运放。

所述LED驱动器型号为HV9910。

所述LED照明灯是多个大功率LED照明灯的同向串联，串联后的LED照明灯阳极连接至所述大功率LED照明灯的正极性连接端、阴极连接至所述大功率LED照明灯的负极性连接端。

由上述电路实现的LED照明灯调光方法，包括：

亮度调节驱动单元的LED驱动器具有低频PWM调光功能，改变加在LED驱动器使能控制端上的PWM亮度控制信号占空比，可以调节LED照明灯亮度；加大PWM亮度控制信号的占空比，LED照明灯亮度增大；减小PWM亮度控制信号的占空比，LED照明灯亮度减小。

PWM亮度控制信号由比较器电路对PWM占空比调制电压和三角波信号两者进行比较后产生，PWM占空比调制电压增大，PWM亮度控制信号占空比增大；PWM占空比调制电压减小，PWM亮度控制信号占空比减小。

亮度控制信号变换单元中的亮度控制脉冲取样与整形电路将单火线输出端输出的电压正半波转换成10ms宽的负脉冲，该负脉冲施加在数字电位器的上移控制输入端，每一个上移负脉冲使数字电位器的滑动变阻端上移1位，数字电位器输出的PWM占空比调制电压向上步进1位。

亮度控制信号变换单元中的亮度控制脉冲取样与整形电路将单火线输出端输出的电压负半波转换成10ms宽的负脉冲，该负脉冲施加在数字电位器的下移控制输入端，每一个下移负脉冲使数字电位器的滑动变阻端下移1位，数字电位器输出的PWM占空比调制电压向下步进1位。

按下开关与亮度控制信号给定单元中的亮度增加开关，单火线输出端输出仅有正半波的单相半波电压信号；数字电位器的下移控制输入端保持高电平，上移控制输入端每隔20ms输入一个负脉冲信号，此时，数字电位器滑动变阻端的位置每隔20ms向电位器上限位端步进1位，数字电位器输出的PWM占空比调制电压每隔20ms向上步进1位，LED照明灯的亮度等级增大1级。

按下开关与亮度控制信号给定单元中的亮度减小开关，单火线输出端输出仅有负半波的单相半波电压信号；数字电位器的上移控制输入端保持高电平，下移控制输入端每隔20ms输入一个负脉冲信号，此时，数字电位器滑动变阻端的位置每隔20ms向电位器下限位端步进1位，数字电位器输出的PWM占空比调制电压每隔20ms向下步进1位，LED照明灯的亮度等级减小1级。

亮度增加开关与亮度减小开关都没有被按下时，单火线输出端输出正弦交流电压，在一个工频周期20ms之内，数字电位器的上移控制输入端和下移控制输入端先后输入一个负脉冲信号，滑动变阻端的位置在一个工频周期20ms之内，将首先向电位器上限位端步进1位，然后向电位器下限位端步进1位；工频周期重复，滑动变阻端的位置在相邻的2个位置上来回改变，PWM占空比调制电压也在2个接近的电压等级之间交替改变，LED 照明灯的亮度保持不变，是相应的2个相邻亮度的平均亮度。

所述方法还具有自动保存停电前亮度状态功能，下次开灯时，自动恢复关灯时的亮度。

所述LED照明灯的亮度等级为63级。

所述LED照明灯亮度已经达到最大时，按下亮度增加开关亮度不再改变；所述LED照明灯亮度已经达到最小时，按下亮度减小开关亮度不再改变。

本发明的有益效果是，采用单火线方式控制LED照明灯亮度，无需遥控器，无需控制线，也不用重新敷设电源线，可以实现普通照明灯的替代升级；LED照明灯亮度可以在0.8％至99.2％之间以1.59％（1/63）的步进值改变，具有多级（无级）调光功能；关断LED照明灯电源时，能够自动保存停电前的亮度状态，下次开灯时，自动恢复关灯时的亮度；电路中未使用微控制器，不存在遇到干扰造成程序飞跑的问题；选择的数字电位器会自动忽略掉在上移控制输入端或者下移控制输入端窜入的小于1ms宽度的干扰负脉冲，电路抗干扰能力强。

附图说明

图1是本发明结构框图。

图2是本发明开关与亮度控制信号给定单元。

图3是本发明亮度控制信号变换单元。

图4是本发明亮度调节驱动单元。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示的本发明结构框图，由开关与亮度控制信号给定单元100、亮度控制信号变换单元200、亮度调节驱动单元300组成。

所述开关与亮度控制信号给定单元100设有单火线输入端L1、单火线输出端U1，所述单火线输入端L1连接至交流电源火线；所述亮度控制信号变换单元200设有火线输入端U1、零线输入端N、PWM亮度控制信号输出端，所述火线输入端U1连接至单火线给定单元100的单火线输出端U1，所述零线输入端N连接至交流电源零线；所述亮度调节驱动单元300设有火线输入端U1、零线输入端N、PWM亮度控制信号输入端，所述火线输入端U1连接至单火线给定单元100的单火线输出端U1，所述零线输入端N连接至交流电源零线，所述PWM亮度控制信号输入端连接至所述亮度控制信号变换单元200的PWM亮度控制信号输出端，所述亮度控制信号变换单元200的参考地和亮度调节驱动单元300的参考地连接至公共参考地GND。

所述交流电源为单相220V交流电。

如图2所示，所述开关与亮度控制信号给定单元100由电源开关SA、第一二极管D1、第二二极管D2、亮度增加开关S1、亮度减小开关S2组成；所述电源开关SA的静触头连接至单火线输入端L1，所述亮度增加开关S1的静触头、亮度减小开关S2的静触头联结后连接至所述电源开关SA的动触头，所述亮度增加开关S1的动触头连接至所述第一二极管D1阴极，所述亮度减小开关S2的动触头连接至所述第二二极管D2阳极，所述第一二极管D1阳极、第二二极管D2阴极联结后连接至单火线输出端U1。

如图3所示是亮度控制信号变换单元200。其中，

由单相整流桥堆UR、第一电容C1、第一电阻R1、第一稳压管DW1组成直流工作电源电路201，所述直流工作电源电路201设有直流电源输出端V＋；所述单相整流桥堆UR的2个交流输入端分别连接至火线输入端U1及零线输入端N、直流负输出端连接至所述公共参考地GND、直流正输出端与所述第一电容C1正极、第一电阻R1的一端联结在一起；所述第一电阻R1的另外一端与第一稳压管DW1阴极联结后连接至直流电源输出端V＋，所述第一稳压管DW1阳极连接至所述公共参考地GND。

由第三二极管D3、第四二极管D4、第二电阻R2、第三电阻R3、第一非门F1、第二非门F2、第二稳压管DW2、第三稳压管DW3组成亮度控制脉冲取样与整形电路202；所述第三二极管D3阳极连接至所述火线输入端U1、阴极连接至所述第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另外一端、第一非门F1输入端、第二稳压管DW2阴极联结在一起，所述第二稳压管DW2阳极连接至所述公共参考地GND；所述第四二极管D4阳极连接至所述零线输入端N、阴极连接至所述第三电阻R3的一端，所述第三电阻R3的另外一端、第二非门F2输入端、第三稳压管DW3阴极联结在一起，所述第三稳压管DW3阳极连接至所述公共参考地GND。

由数字电位器DS1809、肖特基二极管SBD、第二电容C2组成PWM占空比调制电压产生电路203，所述PWM占空比调制电压产生电路203设有PWM占空比调制电压输出端VP；所述的数字电位器DS1809中，上移控制输入端UC连接至所述第一非门F1输出端，下移控制输入端DC连接至所述第二非门F2输出端，正电源输入端VCC与电位器上限位端RH联结后连接至所述直流工作电源电路201的直流电源输出端V＋，负电源输入端GND与电位器下限位端RL连接至所述公共参考地GND，自动存储控制端STR与所述肖特基二极管SBD阴极、第二电容C2正极联结在一起，电位器中心抽头端RW连接至所述PWM占空比调制电压输出端VP；所述肖特基二极管SBD阳极连接至所述直流工作电源电路201的直流电源输出端V＋，所述第二电容C2负极连接至所述公共参考地GND。

由第一运放A1、第二运放A2、第三电容C3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8组成三角波发生电路204，所述三角波发生电路204设有三角波信号输出端VT，所述三角波信号输出端VT连接至所述第二运放A2输出端。

由第三运放A3、第九电阻R9、第十电阻R10组成PWM发生电路205，所述PWM发生电路205设有PWM亮度控制信号输出端；所述第九电阻R9的一端连接至所述PWM占空比调制电压输出端VP、另外一端连接至所述第三运放A3的正输入端，所述第十电阻R10的一端连接至所述三角波信号输出端VT、另外一端连接至所述第三运放A3的负输入端，所述第三运放A3的输出端连接至所述PWM亮度控制信号输出端。

所述第一非门F1、第二非门F2采用集成非门器件74HC14中的2个独立非门，所述74HC14的电源正输入端连接至所述直流工作电源电路201的直流电源输出端V＋、电源负输入端连接至所述公共参考地GND。

所述第一运放A1、第二运放A2、第三运放A3采用4运放集成电路LMV324中的3个独立运放，所述LMV324的电源正输入端连接至所述直流工作电源电路201的直流电源输出端V＋、电源负输入端连接至所述公共参考地GND。

如图4所示，亮度调节驱动单元300由LED驱动器HV9910、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、电感L、第四稳压管DW4、开关管VD、第十一电阻R11、第十二电阻R12组成。其中，第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8组成单相桥式整流电路；所述单相桥式整流电路的2个交流输入端分别连接至所述火线输入端U1、零线输入端N；所述单相桥式整流电路的直流输出负端连接至所述公共参考地GND；所述单相桥式整流电路的直流输出正端连接至所述第五电容C5正极、第六电容C6的一端、LED驱动器HV9910的电源输入端VIN、电感L的一端、第四稳压管DW4阴极；LED驱动器HV9910的地输入端GND连接至所述公共参考地GND；所述第五电容C5负极、第六电容C6的另一端连接至所述公共参考地GND；所述第四稳压管DW4阳极与开关管VD的漏极联结后作为大功率LED照明灯的负极性连接端LED－；所述电感L的另外一端作为大功率LED照明灯的正极性连接端LED＋；所述开关管VD的源极与第十一电阻R11一端联结后连接至所述LED驱动器HV9910的LED电流检测端CS；所述第十一电阻R11的另一端连接至所述公共参考地GND；所述开关管VD的栅极连接至所述LED驱动器HV9910的驱动端GATE；所述第十二电阻R12的一端连接至所述LED驱动器HV9910的振荡频率控制端RT、另一端连接至所述公共参考地GND；所述第七电容C7正极连接至所述LED驱动器HV9910的控制电压输出端VDD和线性电流控制端LD、负极连接至所述公共参考地GND；所述LED驱动器HV9910的使能控制端PWM_D为所述PWM亮度控制信号输入端。

本实施例中，LED照明灯是多个大功率LED照明灯的同向串联，串联后的LED照明灯阳极连接至所述大功率LED照明灯的正极性连接端LED＋、阴极连接至所述大功率LED照明灯的负极性连接端LED－；串联起来的大功率LED照明灯数量可根据实际情况确定。

本实施例中，开关与亮度控制信号给定单元100用于替代普通的单火线墙面开关，亮度控制信号变换单元200和亮度调节驱动单元300与LED照明灯一起，组成可调光LED照明灯，代替普通的LED照明灯。

本实施例中， 亮度调节驱动单元300中的LED驱动器采用宽电压输入的HV9910。LED驱动器也可以采用其他型号的器件，但所述其他型号的器件必须具有PWM调光控制功能。目前流行的LED驱动器大多具有PWM调光控制功能。

本实施例中，要求亮度控制信号变换单元200、亮度调节驱动单元300的参考地连接在一起作为公共参考地GND。当亮度调节驱动单元300中的LED驱动器采用其他型号驱动器，亮度控制信号变换单元200、亮度调节驱动单元300的参考地不能直接连接在一起作为公共参考地时，在亮度控制信号变换单元200的PWM亮度控制信号输出端和亮度调节驱动单元300的PWM亮度控制信号输入端之间可以采用光电隔离传输PWM亮度控制信号。

本发明所述电路的工作原理与方法如下：

⑴ 单火线亮度控制信号给定方法

如图2所示的开关与亮度控制信号给定单元100中，亮度增加开关S1、亮度减小开关S2都是动断开关。当亮度增加开关S1、亮度减小开关S2都没有按下时，在交流电源正半波第二二极管D2导通，在交流电源负半波第一二极管D1导通，单火线输出端U1的电压波形和单火线输入端L1的电压波形一致，为正弦交流电压。

当按下亮度增加开关S1时，在交流电源正半波第二二极管D2仍然导通，交流电源负半波的电流回路被切断，因此，按下亮度增加开关S1后，单火线输出端U1输出仅有正半波的单相半波电压信号。

当按下亮度增加开关S2时，在交流电源负半波第一二极管D1仍然导通，交流电源正半波的电流回路被切断，因此，按下亮度增加开关S2后，单火线输出端U1输出仅有负半波的单相半波电压信号。

开关SA是所述LED照明灯的电源开关。

⑵ 亮度控制信号变换方法

如图3所示的亮度控制信号变换单元200中，直流工作电源电路201的直流电源输出端V＋输出＋5V直流电压，给整个亮度控制信号变换单元200供电。

亮度控制脉冲取样与整形电路202中，第三二极管D3、第二电阻R2、第二稳压管DW2、第一非门F1组成正半波整流、限幅和整形电路，单火线输入端U1有正半波电压时，第一非门F1在每个工频周期（20ms）输出一个10ms左右的负脉冲；单火线输入端U1没有正半波电压时，第一非门F1输出高电平，没有负脉冲输出。第四二极管D4、第三电阻R3、第三稳压管DW3、第二非门F2组成负半波整流、限幅和整形电路，单火线输入端U1有负半波电压时，第二非门F2在每个工频周期（20ms）输出一个10ms左右的负脉冲；单火线输入端U1没有负半波电压时，第二非门F2输出高电平，没有负脉冲输出。

PWM占空比调制电压产生电路203的核心是数字电位器DS1809。数字电位器DS1809的上限位端RH和下限位端RL是电位器的两个终端，分别连接至＋5V和公共参考地GND，改变滑动变阻端RW的位置，即可在电位器滑动变阻端RW提供64个在0～＋5V之间均匀分布的PWM占空比调制电压VP。

改变滑动变阻端RW位置通过上移控制输入端UC和下移控制输入端DC的负脉冲控制信号实现。例如，在上移控制输入端UC输入一个负脉冲，滑动变阻端RW的位置上移1位，当滑动变阻端RW的位置达到上限位端RH终端时，再次输入的上移控制输入端UC负脉冲无效；在下移控制输入端DC输入一个负脉冲，滑动变阻端RW的位置下移1位，当滑动变阻端RW的位置达到下限位端RL终端时，再次输入的下移控制输入端UD负脉冲无效。

当按下亮度增加开关S1，增加LED照明灯亮度时，单火线输出端U1仅有正半波单相半波电压信号输出，数字电位器DS1809的上移控制输入端UC每隔20ms有一个负脉冲信号，下移控制输入端UD保持高电平，因此，滑动变阻端RW的位置每隔20ms向电位器上限位端RH步进1位，数字电位器输出的PWM占空比调制电压VP向上步进1位；保持亮度增加开关S1的按下状态时，滑动变阻端RW位置从电位器下限位端RL步进调节到电位器上限位端RH的时间是3.2s。LED照明灯亮度已经达到最大时，按下亮度增加开关S1亮度不再改变。

当按下亮度减小开关S2，减小LED照明灯亮度时，单火线输出端U1仅有负半波单相半波电压信号输出，数字电位器DS1809的下移控制输入端UD每隔20ms有一个负脉冲信号，上移控制输入端UC保持高电平，因此，滑动变阻端RW的位置每隔20ms向电位器下限位端RL步进1位，数字电位器输出的PWM占空比调制电压VP向下步进1位；保持亮度减小开关S2的按下状态时，滑动变阻端RW位置从电位器上限位端RH步进调节到电位器下限位端RL的时间是3.2s。LED照明灯亮度已经达到最小时，按下亮度减小开关S2亮度不再改变。

当亮度增加开关S1和亮度减小开关S2都没有被按下，保持LED照明灯亮度时，单火线输出端U1既有正半波输出，也有负半波输出；在一个工频周期20ms之内，数字电位器DS1809的上移控制输入端UC和下移控制输入端UD会先后输入一个负脉冲信号，滑动变阻端RW的位置在一个工频周期20ms之内，将首先向电位器上限位端RH步进1位，然后向电位器下限位端RL步进1位；工频周期重复时，滑动变阻端RW的位置也就在相邻的2个位置上来回改变，相应的PWM占空比调制电压也在2个接近的电压等级之间交替改变，结果是LED 照明灯的亮度在2个相邻的亮度等级上来回变化。基于2个原因，人眼感觉不到此时LED 照明灯亮度的闪烁：首先是数字电位器可以输出64个改变亮度的PWM占空比调制电压，2个相邻的亮度等级亮度差别微小；更重要的是工频周期20ms远小于人眼视觉暂留时间（大约100ms），50Hz的闪烁人眼无法察觉。LED 照明灯的亮度在2个相邻的亮度等级上来回变化，其实际亮度保持不变，是该2个相邻亮度的平均亮度，因此，本实施例LED照明灯的实际亮度等级为63级，因此，其

最低亮度是（0＋1/63）÷2﹦0.8%；

最高亮度是（62/63＋63/63）÷2﹦99.2%。

连接至数字电位器DS1809的自动存储控制端STR的肖特基二极管SBD和第二电容C2是RW位置的停电自动存储电路，当直流电源输出端V＋的电压下降一定数值时，数字电位器DS1809自动存储当前RW的位置，下次上电时自动恢复。因此，关断LED照明灯电源时，数字电位器DS1809能够自动保存停电前的亮度状态，下次开灯时，自动恢复关灯时的亮度。

数字电位器DS1809要求在上移控制输入端UC或者下移控制输入端UD输入的有效负脉冲宽度在1ms至500ms之间，数字电位器DS1809会自动忽略掉窜入的小于1ms宽度的干扰负脉冲，因此，用数字电位器DS1809调节LED亮度具有很强的抗干扰能力。

如图3所示，以第一运放A1、第二运放A2为主构成三角波发生电路204，第三运放A3为主构成PWM发生电路205；第一运放A1、第二运放A2、第三运放A3都是CMOS单电源型轨到轨运放；以第一运放A1为主组成施密特电路，A1输出矩形波信号；以第二运放A2为主组成积分电路，A2输出三角波信号VT；以第三运放A3为主组成比较器电路，三角波信号VT经第十电阻R10连接至第三运放A3的负输入端，PWM占空比调制电压VP经第九电阻R9连接至第三运放A3的正输入端，第三运放A3输出PWM亮度控制信号；当PWM占空比调制电压VP增大时，所述的PWM亮度控制信号占空比增大，当PWM占空比调制电压VP减小时，所述的PWM亮度控制信号占空比减小；PWM亮度控制信号的频率与三角波信号VT的频率一致，三角波信号VT的频率由第八电阻R8电阻值和第三电容C3电容值控制在200Hz左右。

⑶ LED照明灯亮度调节方法

如图4所示，亮度调节驱动单元300的核心器件是LED驱动器HV9910，LED驱动器HV9910的使能控制端PWM_D可以作为使能端控制其驱动的LED照明灯是否发光，也可以在该输入端输入低频PWM信号，采用改变低频PWM信号占空比的方式调节LED照明灯的亮度，低频PWM信号的频率范围通常在100Hz至500Hz之间。将亮度控制信号变换单元200输出的PWM亮度控制信号送至LED驱动器HV9910的使能控制端PWM_D，加大PWM亮度控制信号的占空比，LED照明灯亮度增大；减小PWM亮度控制信号的占空比，LED照明灯亮度减小。

在调节LED照明灯亮度的过程中，亮度调节驱动单元300的供电电源是交流电压的半波电压，为了维持在缺失半波的LED照明灯供电，应该适当加大起滤波储能作用的第五电容C5的电容量。

本发明所述电路具有如下特点：

① 采用单火线方式控制LED照明灯亮度，无需遥控器，无需控制线，也不用重新敷设电源线；

② LED照明灯亮度可以在0.8％至99.2％之间以1.59％（1/63）的步进值改变，具有多级（无级）调光功能。

③ 关断LED照明灯电源时，能够自动保存停电前的亮度状态，下次开灯时，自动恢复关灯时的亮度。

④ 电路中未使用微控制器，不存在遇到干扰造成程序飞跑的问题；选择的数字电位器会自动忽略掉在上移控制输入端或者下移控制输入端窜入的小于1ms宽度的干扰负脉冲，电路抗干扰能力强。

Claims (10)

1.一种LED照明灯调光电路，由开关与亮度控制信号给定单元、亮度控制信号变换单元、亮度调节驱动单元组成，其特征在于：

所述开关与亮度控制信号给定单元设有单火线输入端、单火线输出端，所述单火线输入端连接至交流电源火线；所述亮度控制信号变换单元设有火线输入端、零线输入端、PWM亮度控制信号输出端，所述火线输入端连接至单火线给定单元的单火线输出端，所述零线输入端连接至交流电源零线；所述亮度调节驱动单元设有火线输入端、零线输入端、PWM亮度控制信号输入端，所述火线输入端连接至单火线给定单元的单火线输出端，所述零线输入端连接至交流电源零线，所述亮度控制信号输入端连接至所述亮度控制信号变换单元的PWM亮度控制信号输出端，所述亮度控制信号变换单元的参考地和亮度调节驱动单元的参考地连接至公共参考地；

所述交流电源为单相220V交流电；

所述开关与亮度控制信号给定单元由电源开关、第一二极管、第二二极管、亮度增加开关、亮度减小开关组成；所述电源开关的静触头连接至单火线输入端，所述亮度增加开关的静触头、亮度减小开关的静触头联结后连接至所述电源开关的动触头，所述亮度增加开关的动触头连接至所述第一二极管阴极，所述亮度减小开关的动触头连接至所述第二二极管阳极，所述第一二极管阳极、第二二极管阴极联结后连接至单火线输出端；

所述亮度控制信号变换单元中，

由单相整流桥堆、第一电容、第一电阻、第一稳压管组成直流工作电源电路，所述直流工作电源电路设有直流电源输出端；所述单相整流桥堆的2个交流输入端分别连接至火线输入端及零线输入端、直流负输出端连接至所述公共参考地、直流正输出端与所述第一电容正极、第一电阻的一端联结在一起；所述第一电阻的另外一端与第一稳压管阴极联结后连接至所述直流电源输出端，所述第一稳压管阳极连接至所述公共参考地；

由第三二极管、第四二极管、第二电阻、第三电阻、第一非门、第二非门、第二稳压管、第三稳压管组成亮度控制脉冲取样与整形电路；所述第三二极管阳极连接至所述火线输入端、阴极连接至所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另外一端、第一非门输入端、第二稳压管阴极联结在一起，所述第二稳压管阳极连接至所述公共参考地；所述第四二极管阳极连接至所述零线输入端、阴极连接至所述第三电阻的一端，所述第三电阻的另外一端、第二非门输入端、第三稳压管阴极联结在一起，所述第三稳压管阳极连接至所述公共参考地；

由数字电位器、肖特基二极管、第二电容组成PWM占空比调制电压产生电路，所述PWM占空比调制电压产生电路设有PWM占空比调制电压输出端；所述的数字电位器中，上移控制输入端连接至所述第一非门输出端，下移控制输入端连接至所述第二非门输出端，正电源输入端与电位器上限位端联结后连接至所述直流工作电源电路的直流电源输出端，负电源输入端与电位器下限位端连接至所述公共参考地，自动存储控制端与所述肖特基二极管阴极、第二电容正极联结在一起，电位器中心抽头端连接至所述PWM占空比调制电压输出端；所述肖特基二极管阳极连接至所述直流工作电源电路的直流电源输出端，所述第二电容负极连接至所述公共参考地；

由第一运放、第二运放、第三电容、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻组成三角波发生电路，所述三角波发生电路设有三角波信号输出端，所述三角波信号输出端连接至所述第二运放输出端；

由第三运放、第九电阻、第十电阻组成PWM发生电路，所述PWM发生电路设有PWM亮度控制信号输出端；所述第九电阻的一端连接至所述PWM占空比调制电压输出端、另外一端连接至所述第三运放的正输入端，所述第十电阻的一端连接至所述三角波信号输出端、另外一端连接至所述第三运放的负输入端，所述第三运放的输出端连接至所述PWM亮度控制信号输出端。

2.根据权利要求1所述的LED照明灯调光电路，其特征在于：所述亮度调节驱动单元由LED驱动器、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第五电容、第六电容、第七电容、电感、第四稳压管、开关管、第十一电阻、第十二电阻组成，其中，第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管组成单相桥式整流电路；所述单相桥式整流电路的2个交流输入端分别连接至所述火线输入端、零线输入端；所述单相桥式整流电路的直流输出负端连接至所述公共参考地；所述单相桥式整流电路的直流输出正端连接至所述第五电容正极、第六电容的一端、LED驱动器的电源输入端、电感的一端、第四稳压管阴极；LED驱动器的地输入端连接至所述公共参考地；所述第五电容负极、第六电容的另一端连接至所述公共参考地；所述第四稳压管阳极与开关管的漏极联结后作为大功率LED照明灯的负极性连接端；所述电感的另外一端作为大功率LED照明灯的正极性连接端；所述开关管的源极与第十一电阻一端联结后连接至所述LED驱动器的LED电流检测端；所述第十一电阻的另一端连接至所述公共参考地；所述开关管的栅极连接至所述LED驱动器的驱动端；所述第十二电阻的一端连接至所述LED驱动器的振荡频率控制端、另一端连接至所述公共参考地；所述第七电容正极连接至所述LED驱动器的控制电压输出端和线性电流控制端、负极连接至所述公共参考地；所述LED驱动器的使能控制端为所述PWM亮度控制信号输入端。

3.根据权利要求2所述的LED照明灯调光电路，其特征在于：所述LED驱动器型号为HV9910。

4.根据权利要求2所述的LED照明灯调光电路，其特征在于：所述LED照明灯是多个大功率LED照明灯的同向串联，串联后的LED照明灯阳极连接至所述大功率LED照明灯的正极性连接端、阴极连接至所述大功率LED照明灯的负极性连接端。

5.根据权利要求1所述的LED照明灯调光电路，其特征在于：所述第一非门、第二非门采用集成非门器件74HC14中的2个独立非门。

6.根据权利要求1所述的LED照明灯调光电路，其特征在于：所述第一运放、第二运放、第三运放采用4运放集成电路LMV324中的3个独立运放。

7.由权利要求1－6任一项所述电路实现的LED照明灯调光方法，其特征在于：

亮度调节驱动单元具有低频PWM调光功能，改变加在LED驱动器使能控制端上的PWM亮度控制信号占空比，可以调节LED照明灯亮度；加大PWM亮度控制信号的占空比，LED照明灯亮度增大；减小PWM亮度控制信号的占空比，LED照明灯亮度减小；

PWM亮度控制信号由比较器电路对PWM占空比调制电压和三角波信号两者进行比较后产生，PWM占空比调制电压增大，PWM亮度控制信号占空比增大；PWM占空比调制电压减小，PWM亮度控制信号占空比减小；

亮度控制信号变换单元中的亮度控制脉冲取样与整形电路将单火线输出端输出的电压正半波转换成10ms宽的负脉冲，该负脉冲施加在数字电位器的上移控制输入端，每一个上移负脉冲使数字电位器的滑动变阻端上移1位，数字电位器输出的PWM占空比调制电压向上步进1位；

亮度控制信号变换单元中的亮度控制脉冲取样与整形电路将单火线输出端输出的电压负半波转换成10ms宽的负脉冲，该负脉冲施加在数字电位器的下移控制输入端，每一个下移负脉冲使数字电位器的滑动变阻端下移1位，数字电位器输出的PWM占空比调制电压向下步进1位；

按下开关与亮度控制信号给定单元中的亮度增加开关，单火线输出端输出仅有正半波的单相半波电压信号；数字电位器的下移控制输入端保持高电平，上移控制输入端每隔20ms输入一个负脉冲信号，此时，数字电位器滑动变阻端的位置每隔20ms向电位器上限位端步进1位，数字电位器输出的PWM占空比调制电压每隔20ms向上步进1位，LED照明灯的亮度等级增大1级；

按下开关与亮度控制信号给定单元中的亮度减小开关，单火线输出端输出仅有负半波的单相半波电压信号；数字电位器的上移控制输入端保持高电平，下移控制输入端每隔20ms输入一个负脉冲信号，此时，数字电位器滑动变阻端的位置每隔20ms向电位器下限位端步进1位，数字电位器输出的PWM占空比调制电压每隔20ms向下步进1位，LED照明灯的亮度等级减小1级；

亮度增加开关与亮度减小开关都没有被按下时，单火线输出端输出正弦交流电压，在一个工频周期20ms之内，数字电位器的上移控制输入端和下移控制输入端先后输入一个负脉冲信号，滑动变阻端的位置在一个工频周期20ms之内，将首先向电位器上限位端步进1位，然后向电位器下限位端步进1位；工频周期重复，滑动变阻端的位置在相邻的2个位置上来回改变，PWM占空比调制电压也在2个接近的电压等级之间交替改变，LED 照明灯的亮度保持不变，是相应的2个相邻亮度的平均亮度。

8.根据权利要求7所述的LED照明灯调光方法，其特征在于：所述方法还具有自动保存停电前亮度状态功能，下次开灯时，自动恢复关灯时的亮度。

9.根据权利要求7所述的LED照明灯调光方法，其特征在于：所述LED照明灯的亮度等级为63级。

10.根据权利要求7所述的LED照明灯调光方法，其特征在于：所述LED照明灯亮度已经达到最大时，按下亮度增加开关亮度不再改变；所述LED照明灯亮度已经达到最小时，按下亮度减小开关亮度不再改变。

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