CN103596325A

CN103596325A - 大功率led数字线性调光系统

Info

Publication number: CN103596325A
Application number: CN201310368362.1A
Authority: CN
Inventors: 郭钦平; 黎阳成; 蒋远刚; 李志荣; 陈俭; 张钱行; 封荣凯
Original assignee: GUANGXI AOSHUN INSTRUMENT Co Ltd
Current assignee: GUANGXI AOSHUN INSTRUMENT Co Ltd
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2033-08-22
Also published as: CN103596325B

Abstract

本发明公开了一种大功率LED数字线性调光系统；属于LED调光系统技术领域；其技术要点包括依序电路连接在DC电源和LED光源之间的滤波及保护电路、PWM控制电路和输出滤波电路，其中所述PWM控制电路电路连接有单片机，所述单片机电路连接有线性电位器；所述输出滤波电路与LED光源之间的电路上设有电流采样放大电路，所述电流采样放大电路与单片机连接；所述LED光源焊接点侧边设有温度传感器，所述温度传感器通过ADC模数转换器与单片机连接；本发明旨在提供一种结构紧凑、调光准确的LED线性调光系统；用于大功率LED的调光。

Description

大功率LED数字线性调光系统

技术领域

本发明涉及一种调光系统，更具体地说，尤其涉及一种大功率LED数字线性调光系统。

背景技术

LED灯的输出亮度除了与LED灯本身的材料工艺有关外，还跟工作电流和LED灯的结温有关。同厂家，同系列的LED灯，影响输出亮度的因素主要是LED灯的工作电流和LED灯的结温。LED工作电流越大，输出亮度越高，但是亮度与电流的变化是非线性的。同时，结温越高LED输出亮度越低。当散热条件不变时调节LED的工作电流会导致LED的结温产生变化，这也是影响LED亮度变化不线性的因素之一。

目前的LED调光控制电路主要是由运算放大器组成的加减法电路，这种控制电路只能做到输出的电流跟随电位器电阻值的变化而变化。如果电位器为线性电位器，则输出电流也是线性电流，而直接忽略其他反馈电路的非线性。这种调节方式比较简单，技术成熟，但是对亮度与电流的非线性关系，以及LED结温对亮度输出的影响不能被消除，从而导致调节电位器时LED灯的亮度出现非线性的变化，这给某些特定使用场合带来不便。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种结构紧凑、调光准确的大功率LED数字线性调光系统。

本发明的技术方案是这样实现的：一种大功率LED数字线性调光系统，包括依序电路连接在DC电源和LED光源之间的滤波及保护电路、PWM控制电路和输出滤波电路，其中所述PWM控制电路电路连接有单片机，所述单片机电路连接有线性电位器；所述输出滤波电路与LED光源之间的电路上设有电流采样放大电路，所述电流采样放大电路与单片机连接；所述LED光源焊接点侧边设有温度传感器，所述温度传感器通过ADC模数转换器与单片机连接。

进一步的，上述的大功率LED数字线性调光系统中，所述输出滤波电路与LED光源之间的电路上连接有电压采样电路，所述电压采样电路通过ADC模数转换器与单片机连接

所述单片机为带4路以上12位高速ADC模数转换器和12位DAC数模转化器的微处理器；所述线性电位器通过ADC模数转换器与微处理器连接。所述单片机优选型号为STM32F051K4。

本发明采用上述结构后，通过在原有电流反馈环路的基础上，增加电压采样电路和检测LED结温的温度传感器，并通过具有高效处理能力的单片机对各电路所反馈的信号进行分析处理，从而实现消除结温变化和调节电流时LED灯亮度输出非线性，达到精确调光的目的。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明的电路结构原理图；

图2是本发明调光的原理流程示意图；

图3是本发明具体实施例的电路原理示意图；

图4是本发明LED灯亮度输出随电位器阻值变化示意图。

图中：DC电源1、LED光源2、滤波及保护电路3、PWM控制电路4、输出滤波电路5、单片机6、线性电位器7、电流采样放大电路8、温度传感器9、电压采样电路10。

具体实施方式

参阅图1所示，本发明的一种大功率LED数字线性调光系统，包括依序电路连接在DC电源1和LED光源2之间的滤波及保护电路3、PWM控制电路4和输出滤波电路5，同时，PWM控制电路4电路连接有单片机6，所述单片机6电路连接有线性电位器7；所述输出滤波电路5与LED光源2之间的电路上设有电流采样放大电路8，所述电流采样放大电路8与单片机6连接。本实施例中所述单片机6为带4路以上12位高速ADC模数转换器和12位DAC数模转化器的微处理器；所述线性电位器7通过ADC模数转换器与单片机6。

同时，在LED光源2焊接点侧边设有温度传感器9，所述温度传感器9通过ADC模数转换器与单片机6。通过单片机6处理温度传感器9获得的焊点温度，从而实现消除LED结温变化时LED亮度输出非线性的问题。

进一步地，在输出滤波电路5与LED光源2之间的电路上连接有电压采样电路10，所述电压采样电路10通过ADC模数转换器与单片机6。通过单片机6处理电压采样电路10获得的电压值，进一步完善消除调节电流时LED亮度输出非线性的问题。

工作时，线性电位器7调节的阻值、电流采样电路8获得的电流信号、电压采样电路10获得的电压信号、温度传感器9检测到的LED焊接点温度都通过ADC模数转换器输入单片机6，单片机6经过一系列计算和查表后得出应该设定的LED工作的电流值，然后将电流设定值与实际输出电流值比较后通过控制DAC数模转换器的输出来调节PWM控制电路4得到需要的电流值。

本发明的系统的调节方法参阅图2所示，具体调光方法包括下述步骤：

（1）在DC电源1与LED光源2之间的电路上设置PWM控制电路4、电流采样放大电路8及电压采样电路10，在LED焊点附近设置温度检测探头9，同时PWM控制电路4连接单片机6，单片机6连接线性电位器7；

（2）单片机6为带4路以上12位高速ADC模数转换器和12位DAC数模转化器的微处理器，本实施例中的优选STM32F051K4处理器；ADC模数转换器接收电位器信号、电流信号、电压信号及LED温度信号进行模数转换并换算成对应R、I、V及Tc，其中R为线性电位器的调节阻值，等于电位器信号值乘以设定的系数；I为实际输出的电流值，等于ADC采集的电流信号乘以设定的系数；V为电路输出的电压值，等于ADC采集的电压信号乘以设定的系数；Tc为LED焊接点附近的温度，通过温度检测探头获得；

（3）根据电流信号、电压信号及LED温度信号计算得出亮度补偿系数A；具体为：（3a）根据电流信号和电压信号计算功率P，P=V*I；（3b）计算结温T，T=Tc+△T，△T=Rthe*P；（3c）查程序中数字化的LED结温与LED光亮表得到在结温T下的亮度输出百分数Ach，然后计算出亮度补偿系数A，A=Ach+△A；其中：△T为LED结温与测量点的温度差；Rthe为LED的热阻，根据LED数据手册查得；Ach为不同结温下的亮度输出百分数，根据结温T查表获得；△A为亮度补偿修正系数，根据实际使用的节温范围来选择△A，使得基准结温下A=1；

（4）根据电位器信号计算输出流明值L，再结合亮度补偿系数A计算出温度补偿后设定的输出亮度值Lch；具体为：（4a）根据线性电位器调节的阻值计算输出流明值L，L=（Lmax/Rmax）*R；（4b）计算温度补偿后设定的输出亮度值Lch，Lch=L/A；其中，Lmax为设定的LED输出最大亮度值，根据LED的数据手册和使用需要以及LED散热条件来设定；Rmax为电阻的最大值，即选取的电位器最大阻值；A为亮度补偿系数，补偿节温变化对亮度输出的影响；为实现实际输出亮度值L不变，受到节温变化的影响，Lch设定值为动态变化量；

（5）根据Lch值查LED手册中的电流和LED光亮表得到应该给供的电流Io；

（6）判定采样取得的电流信号是否等于Io，如果是，则不调节PWM控制输出，如果不是，则调节DAC输出改变PWM控制电路脉宽。

参阅图3所示，本发明的大功率LED数字线性调光方法的电路工作原理示意图，本发明具体实施例中选用了STM32F051K4处理器作为单片机6，PWM控制电路4使用集成电源芯片MP1593。VDD，VDDA电源电路以及运算放大器的型号和电源根据需要灵活选取。

具体工作原理如下：

DC5V～23V的直流电经过反接保护电路、过流保护电路以及电磁兼容的滤波电路后输入 PWM控制器MP1593。MP1593为集成降压开关电源芯片，可以通过控制FB引脚的输入来控制MP1593的占空比，从而达到调整输出电流大小的目的。MP1593输出的是高频的电流，需要经过整流滤波后才得到供给LED的直流电流。

采样电路包括4个部分组成，分别为。

（1）电压反馈采样：从LED供电输出端口的正端采集电压信号，经过电压跟随器U1B后使用电阻分压，然后接入STM32F051K4的ADC输入引脚（第7脚）。

（2）电流反馈：在输出回路中串入一个0.1欧的锰铜电阻将电流信号转变为电压信号，经运算放大器U1A放大16倍后输入STM32F051K4的ADC输入引脚（第6脚）。

（3）温度反馈：LM35温度检测探头的信号从接线端子J3接入电路，RC滤波后接到STM32F051K4的ADC输入引脚（第9脚）。

（4）电位器信号采集：电位器信号从接线端子J2接入电路，经过RC滤波后接到STM32F051K4的ADC输入引脚（第9脚）。

32位微处理器STM32F051K4作用是将ADC采集到的4路信号进行计算处理（处理的过程见图3），计算处理的结果从STM32F051K4的第14脚的DAC输出用来控制PWM控制芯片MP1583。J1为STM32F051K4的FLASH编程输入接口。

参阅图4所示，是利用本发明的调光方法，线性电位器7阻值与LED灯输出亮度（流明）的线性变化示意图，可以看出，通过调节线性电位器7的阻值可以实现LED光源2亮度的线性输出。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，而其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种大功率LED数字线性调光系统，包括依序电路连接在DC电源（1）和LED光源（2）之间的滤波及保护电路（3）、PWM控制电路（4）和输出滤波电路（5），其特征在于，所述PWM控制电路（4）电路连接有单片机（6），所述单片机（6）电路连接有线性电位器（7）；所述输出滤波电路（5）与LED光源（2）之间的电路上设有电流采样放大电路（8），所述电流采样放大电路（8）与单片机（6）连接；所述LED光源（2）焊接点侧边设有温度传感器（9），所述温度传感器（9）通过ADC模数转换器与单片机（6）连接。

2.根据权利要求1所述的大功率LED数字线性调光系统，其特征在于，所述输出滤波电路（5）与LED光源（2）之间的电路上连接有电压采样电路（10），所述电压采样电路（10）通过ADC模数转换器与单片机（6）连接。

3.根据权利要求1所述的大功率LED数字线性调光系统，其特征在于，所述单片机（6）为带4路以上12位高速ADC模数转换器和12位DAC数模转化器的微处理器；所述线性电位器（7）通过ADC模数转换器与微处理器连接。

4.根据权利要求1或3所述的大功率LED数字线性调光系统，其特征在于，所述单片机（6）型号为STM32F051K4。