CN103796395B - 一种自适应恒功率led灯具及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自适应恒功率LED灯具及其控制方法，所述LED灯具，包括：固定LED灯串和与所述固定LED灯串相连的可调节的LED灯串；用于检测LED灯具的输出功率的功率侦测电路；通过所述功率侦测电路检测的输出功率控制调节可调节的LED灯串中开启和关闭的LED灯珠的数量，以使所述LED灯具保持恒功率输出的逻辑控制电路；用于提高可调节的LED灯串的调节精度的精度调节电路以及用于判断LED灯具的电压和电流是否超出预设值且在超出预设值时进行过压/过流保护的保护电路。本发明中的LED灯具的恒功率输出，不需要外加电解电容，结构简单，而且可以提高恒功率控制的精度。

Description

一种自适应恒功率LED灯具及其控制方法

技术领域

本发明涉及LED技术领域，特别是涉及LED灯具的控制技术领域，具体为一种自适应恒功率LED灯具及其控制方法。

背景技术

LED自进入照明时代后，由于其具有发光效率高、节能效果明显、寿命长、无污染、抗震动等显著优点，日益受到世界各国的重视。LED灯具的驱动方法根据其自身的伏安特性，也一直在不断的创新。传统LED灯具驱动采用恒流电源和恒压电源，电源成本和价格逐步降低，但与LED灯珠的价格相比降价幅度相差很大，且传统LED灯具驱动电源中磁性元件和电解电容的使用，严重制约了LED灯具驱动电源的整体寿命和转换效率，影响了LED灯具的照明效果，因此开发低成本、高效率、长寿命的新型驱动方案已成为未来LED灯具发展的重点。而驱动电路与LED光源相互结合的光电一体化设计，去除电解电容和磁性元件等影响LED灯具驱动性能的外部离散元件，正成为光电一体化LED灯具驱动电路设计的发展方向。

LED具有二极管的伏安特性，即在LED两端施加正向导通电压后，微小的电压变化即可引起电流的较大变化，例如，当LED的正向导通电压为3.00V时，流经LED的电流为350mA；当LED的正向导通电压为3.25V时，流经LED的电流为750mA，由此可知，LED的正向导通电压虽然只变化了250mV，但流经LED的电流却增加了大约1倍多；且LED具有较高的负电压/温度系数，因此恒压电源并不能保证LED电流不变，进而影响LED的发光效果，而恒流电源虽能使LED灯具稳定工作，但由于受温度影响，LED两端的工作电压并不相同，LED灯具的功率也就随之发生变化，因此LED的亮度也不能得到最佳发挥。

所以，现有的LED灯具的“恒压”或“恒流”的驱动方法不能有效解决LED功率随温度及LED工作电压变化而带来的问题，需要提出更好的LED灯具恒定功率控制方法。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种自适应恒功率LED灯具及其控制方法，用于解决现有技术中不能有效解决LED功率随温度及LED工作电压变化而带来的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明在一方面提供一种自适应恒功率LED灯具的控制方法，包括：将LED灯具中的LED灯串设置为固定LED灯串和可调节的LED灯串；检测LED灯具的输出功率，通过检测的输出功率调节可调节的LED灯串中开启和关闭的LED灯珠的数量，以使所述LED灯具保持恒功率输出。

优选地，将可调节的LED灯串连接一个可提高调节精度的精度调节电路。

优选地，所述精度调节电路的工作电压为可调节的LED灯串中LED灯珠电压的一半。

优选地，在固定LED灯串的输入端设置用于判断LED灯具的电压和电流是否超出预设值且在超出预设值时进行过压和过流保护的保护电路。

本发明在另外一方面提供一种自适应恒功率LED灯具，包括：固定LED灯串和与所述固定LED灯串相连的可调节的LED灯串；功率侦测电路，用于检测LED灯具的输出功率；逻辑控制电路，与所述功率侦测电路相连，通过所述功率侦测电路检测的输出功率控制调节可调节的LED灯串中开启和关闭的LED灯珠的数量，以使所述LED灯具保持恒功率输出。

优选地，还包括与所述可调节的LED灯串相连，用于提高可调节的LED灯串的调节精度的精度调节电路。

优选地，所述精度调节电路的工作电压为可调节的LED灯串中LED灯珠电压的一半。

优选地，所述精度调节电路通过一个电子开关控制与所述可调节的LED灯串的连接。

优选地，还包括与所述固定LED灯串的输入端相连，用于判断LED灯具的电压和电流是否超出预设值且在超出预设值时进行过压/过流保护的保护电路。

优选地，还包括连接于所述逻辑控制电路和所述可调节的LED灯串之间，用于控制所述可调节的LED灯串中LED灯珠开启和关闭的电子开关组。

如上所述，本发明的一种自适应恒功率LED灯具及其控制方法，具有以下有益效果：

1、可直接将本发明的LED灯具用在直流系统输出正负母排上或连接在整流桥后端，整流桥后不需要外加电解电容，结构简单，节约成本，提高可靠性。

2、本发明中电子开关组中的各电子开关共负极连接，驱动电路设计简单。

3、本发明中的LED灯具的恒功率输出，不受母线电压的大小影响，所以应用范围比较广，而且在电压过低时可以限流输出保护。

4、本发明中具有保护电路，稳定可靠。

5、本发明中配置精度调节电路，可以提高对LED灯珠电流调节精度，减小调节步长，从而提高恒功率控制的精度。

附图说明

图1显示为本发明的一种自适应恒功率LED灯具的结构示意图。

图2显示为本发明的一种自适应恒功率LED灯具的原理示意图。

图3显示为本发明的一种自适应恒功率LED灯具的一种控制实现方式。

图4显示为本发明的一种自适应恒功率LED灯具的另外一种控制实现方式。

元件标号说明

1LED灯具

11保护电路

12固定LED灯串

13可调节的LED灯串

14逻辑控制电路

15电子开关组

16功率侦测电路

17采样电阻

18电压采样电路

19电流采样电路

110精度调节电路

111加减电路

112第一译码电路

113第二译码电路

114延时电路

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明的目的在于提供一种自适应恒功率LED灯具及其控制方法，用于解决现有技术中不能有效解决LED功率随温度及LED工作电压变化而带来的问题。以下将详细描述本发明的一种自适应恒功率LED灯具及其控制方法的原理和实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的一种自适应恒功率LED灯具及其控制方法。

本实施例在一方面提供一种自适应恒功率LED灯具的控制方法，包括：将LED灯具中的LED灯串设置为固定LED灯串和可调节的LED灯串，其中，固定LED灯串中的LED灯珠有若干个，可调节的LED灯串中的LED灯珠有若干个；之后检测LED灯具的输出功率，通过检测的输出功率调节可调节的LED灯串中开启和关闭的LED灯珠的数量，以使所述LED灯具保持恒功率输出。

将可调节的LED灯串连接一个可提高调节精度的精度调节电路。所述精度调节电路的工作电压为可调节的LED灯串中LED灯珠电压的一半。由于所述精度调节电路的工作电压为灯珠电压的一半左右，可以实现步长低于一个灯珠压降的调节，所以本发明可以提高恒功率电路控制的精度。

在固定LED灯串12的输入端设置用于判断LED灯具的电压和电流是否超出预设值且在超出预设值时进行过压和过流保护的保护电路。

为实现上述方法，本实施例在另外一方面提供一种自适应恒功率LED灯具，如图1和图2所示，所述LED灯具1包括：保护电路11、固定LED灯串12、可调节的LED灯串13、逻辑控制电路14、电子开关组15、功率侦测电路16、精度调节电路110、电压采样电路18以及电流采样电路19。

固定LED灯串12和与可调节的LED灯串13相连，其中，固定LED灯串12中的LED灯珠有若干个（图1和图2中所示的D_M+1，D_M+2…D_M+N），可调节的LED灯串13中的LED灯珠有若干个（（图1和图2中所示的D₁，D₂…D_M）。

功率侦测电路16用于检测LED灯具1的输出功率。功率检测电路可以检测LED灯具1输出功率的变化。

逻辑控制电路14与所述功率侦测电路16相连，通过所述功率侦测电路16检测的输出功率控制调节可调节的LED灯串13中开启和关闭的LED灯珠的数量，以使所述LED灯具1保持恒功率输出。逻辑控制电路14可以根据功率检测电路的检测结果控制电子开关组15的导通与关断。

精度调节电路110与所述可调节的LED灯串13相连，用于提高可调节的LED灯串13的调节精度的。具体地，在本实施例中，所述精度调节电路110的工作电压为可调节的LED灯串13中LED灯珠电压的一半。可调节的LED灯串13最小调节步长只能是一个灯珠压降，本发明中的精度调节电路110，其工作电压为灯珠电压的一半左右；可以实现步长低于一个灯珠压降的调节，提高了恒功率电路控制的精度。所述精度调节电路110通过一个电子开关控制与所述可调节的LED灯串13的连接。

保护电路11与所述固定LED灯串12的输入端相连，用于判断LED灯具1的电压和电流是否超出预设值且在超出预设值时进行过压/过流保护。保护电路11可在电路出现异常状态时保护固定LED灯串12不会受到损害。

电子开关组15连接于所述逻辑控制电路14和所述可调节的LED灯串13之间，用于控制所述可调节的LED灯串13中LED灯珠开启和关闭。所以电子开关组15可以点亮或熄灭可调整灯珠。

上述电路的具体连接关系如下：供电电压正极与保护电路11第一端相连，保护电路11的第二端与LED固定灯串的正极相连，LED固定灯串的负极与第M个可调整灯珠的正极相连，第M个可调整灯珠的负极与第M-1个灯珠的正极相连，依次类推，直到第一个灯珠的负极与精度调节电路110的第一端相连，精度调节电路110的第二端与采样电阻17一端相连，采样电阻17另一端与供电电压负极相连。电子开关组15分别与上述M个可调灯珠的正极、精度调节电路110的两端和逻辑控制电路14相连，逻辑控制电路14与功率侦测电路16相连。

逻辑控制电路14根据功率侦测电路16输出的过功率或欠功率信号，通过电子开关控制不同数量的可调整灯珠的点亮或熄灭使LED灯具1的功率处于过功率和欠功率之间。

具体控制逻辑如下：

在LED灯具1初始上电时，首先判断LED灯具1电压是否处于正常范围内，如果超出设定值，过压电路执行过压保护。电子开关Q1～QM初始状态为关断。

当线路中电压下降，逻辑控制电路14依次控制可调节灯珠的电子开关Q1～QM闭合，使LED灯具1的功率增加大于设定的下限值。

当线路中电压升高时，依次切离开关QM～Q1，使LED灯具1的功率减小小于设定的上限值。

在整个逻辑控制过程中，优先确定精度调节电路110是否投入电子开关Q0的状态；然后再确定可调节灯珠的电子开关Q1～QM的状态。例如，当线路中电压下降时，首先闭合Q0；断开Q0，闭合Q1；闭合Q0；断开Q0，闭合Q2，闭合Q0…

功率侦测电路16由电压信号和电流信号复合运算电路组成，由公式P=U*I可知，其中P为功率，U为电压，I为电流，当功率恒定时与电压和电流的关系为一条对数曲线，由于LED灯珠只在特定的电流范围（如0.3A～0.7A）内工作，所以可以近似为一条直线：P=a*U+b*I，其中a和b分别为电压和电流的系数，可以根据不同灯的规格进行计算。功率侦测电路16与基准电路进行比较，将比较后的结果送给逻辑控制电路14，逻辑控制电路14通过对电子开关组15的控制来实现调节LED灯珠的导通和关断来实现LED灯具1的恒功率控制。

本发明通过调整灯具中实际工作的LED数目，利用LED的工作特性使灯具输出功率稳定在一定的范围内。为了进一步阐明本发明，下面以一实例进行说明。该实例不是用来限定本发明，仅是本发明的一种应用情况。

存在精度调节电路110时，电子开关组15中的电子开关Q₀控制精度调节电路110：当电子开关Q₀导通时，精度调节电路110从灯串中切除；当电子开关Q₀截止时，精度调节电路110串入灯串中。

LED灯串中具有M个可以从灯串中切除的灯珠或灯组，此处M取为16。电子开关组15中的Q₁控制灯珠D₁，当Q₁导通时，灯珠D₁从灯串中切除；当Q₁截止时，灯珠D₁串入灯串中；电子开关组15中的Q₂控制灯珠D₁、D₂，当Q₂导通时，灯珠D₁、D₂从灯串中切除；当Q₂截止时，灯珠D₂串入灯串中，灯珠D₁的工作状态由Q₁确定，依此类推，电子开关组15中的Q₁₆控制灯珠D₁、D₂、……D₁₆。

电流采样电路19和电压采样电路18将获取LED灯具1通过的电流、输入电压，并输出电压、电流信号及过压、过流保护信号。保护电路11在过压或过流信号有效时，将LED灯具1关闭进行保护，电流采样电路19和电压采样电路18获取的电流、电压信号送给逻辑控制电路14；逻辑控制电路14实现LED灯具1的恒功率控制。

逻辑控制电路14的实现方式一：无精度调节电路110。控制电路的结构如图3所示，通过功率侦测电路16、逻辑控制电路14、加减电路111、第一译码电路112以及第二译码电路113实现。

功率侦测电路16根据输入的电压、电流信号计算出灯具的当前功率P_c，然后与功率上限P_o、功率下限P_L进行比较，输出欠功率信号LP及过功率信号OP，各数据关系如下：

预设值：P₀＞P_L；

比较过程： $\mathrm{LP}=\left\{\begin{array}{c}1,P_C<P_L\\ 0,P_C\&GreaterEqual;P_L\end{array}\right.,\mathrm{OP}=\left\{\begin{array}{c}1,P_0<P_L\\ 0,P_0\&GreaterEqual;P_L\end{array}\right..$

功率侦测电路16处理完成后将结果欠功率信号LP及过功率信号OP送给逻辑控制电路14实现功率的控制，并输出对加减电路111的控制信号CP、U/D。

逻辑控制电路14的输入信号有欠功率信号LP、过功率信号OP，输出信号有加减请求CP、加减选择U/D。控制逻辑如表1：

表1

NO	LP	OP	CP	U/D
					1	0	0	0	1
2	0	1	1	1
					3	1	0	1	0
4	1	1	0	1

表中第1行表示LED灯具1没有出现欠功率信号LP、过功率信号OP，LED灯具1工作状态稳定；第4行表示功率侦测电路161输出异常，保持输出状态稳定；第2行表示出现过功率信号OP，此时需要投入更多的灯珠以降低灯具的输出功率，输出加减请求CP且为减；第3行表示出现欠功率，此时需要增加未工作的灯珠数目，输出加减请求CP且为加。

逻辑控制电路14根据输入信号LP、OP输出CP、U/D信号控制加减电路111增加或减少可调节灯串中工作的LED灯珠的数量。加减电路111的输入信号为加减请求CP、加减控制U/D。当U/D为1时执行减法；为0则执行加法。CP为1有效，CP有效时，进行加减法的操作。加减电路111的输出结果CTRL为加、减操作的结果表示灯串需要多少个灯珠需要关闭。第一译码电路112及第二译码电路113把加减电路111的结果转变为电子开关组15中电子开关Q₁～Q₁₆的控制信号，实现可调节灯串中工作的LED灯珠数目的变化。

经过上面的控制使灯具中实际工作的灯珠数目发生变化，使灯具的输出功率处于设定的工作范围内。

控制电路实现方式二：有精度调节电路110，控制电路的结构如图4所示包含延时电路114、功率侦测电路16、逻辑控制电路14、精度调节电路110、加减电路111、第一译码电路112以及第二译码电路113。功率侦测电路16根据输入的电压、电流信号计算出灯具的当前功率P_c，然后与功率上限Po、功率下限P_L进行比较，输出欠功率信号LP及过功率信号OP，各数据关系如下：

预设值：P₀＞P_L；比较过程： $\mathrm{LP}=\left\{\begin{array}{c}1,P_C<P_L\\ 0,P_C\&GreaterEqual;P_L\end{array}\right.,\mathrm{OP}=\left\{\begin{array}{c}1,P_0<P_L\\ 0,P_0\&GreaterEqual;P_L\end{array}\right..$

功率侦测电路16处理完成后将结果LP、OP信号送给逻辑控制电路14与精度调节电路110。逻辑控制电路14与精度调节电路110实现精度调节电路110的控制，并输出加减电路111的控制信号CP、U/D。辑控制电路与精度调节电路110使用的输入信号除了功率侦测电路16输出的LP、OP外，还有延时电路114输出的精度调节电路110的状态FC。延时电路114将精度调节电路110的控制信号Q0延时一段时间后送给精度调节电路110作为新的控制参考。延时电路114的延时时长大于精度调节电路110投切的动作时间，即当精调控制电路获得到FC信号时，精度调节电路110已经工作在目标状态下。

逻辑控制电路14与精度调节电路110的输入信号有欠功率信号LP、过功率信号OP、精度调节电路110状态FC，输出信号有精度调节电路110控制Q0、加减请求CP、加减选择U/D。控制逻辑如表2：

表2

NO	LP	OP	FC	Q0	CP	U/D
							1	0	0	0	0	0	1
2	0	0	1	1	0	1
							3	0	1	0	1	1	1
4	0	1	1	0	0	1
							5	1	0	0	1	0	1
6	1	0	1	0	1	0
							7	1	1	0	0	0	1
8	1	1	1	1	0	1

表2中第1、2行表示LED灯具1没有出现欠功率LP、过功率OP，LED灯具1工作状态稳定；第7、8行表示功率侦测电路16输出异常，保持输出状态稳定；第3行表示出现过功率OP且精度调节电路110为工作中，此时需要投入更多的LED灯珠以降低LED灯具1的输出功率，输出加减请求CP且为减；第4行表示出现过功率OP，而此时精度调节电路110没有投入，故打开电子开关Q₀，将其投入以降低LED灯具1输出功率；第5行表示出现欠功率且精度调节电路110工作中，故将精度调节电路110切除，提高LED灯具1功率；第6行表示出现欠功率且精度调节电路110未工作，此时需要增加未工作的LED灯珠数目，输出加减请求CP且为加。

逻辑控制电路14与精度调节电路110根据输入信号LP、OP、FC输出CP、U/D信号控制加减电路111增加或减少灯串中工作的LED灯珠数量。加减电路111的输入信号为加减请求CP、加减控制U/D，当U/D为1时执行减法；为0则执行加法；CP为1有效，CP有效时，进行加减法的操作。加减电路111的输出结果CTRL为加、减操作的结果表示灯串需要多少个灯珠需要关闭。第一译码电路112及第二译码电路113把加减电路111的结果转变为电子开关组15中电子开关Q1～Q16的控制信号，实现LED灯串中工作LED灯珠数目的变化。

因为精度调节电路110的存在使得恒功率调整的步长变小，可以使灯具功率稳定在更小的设定范围内，从而实现恒功率调整的目标。

如上所述，本发明的一种自适应恒功率LED灯具及其控制方法，达到了以下有益效果：可直接将本发明的LED灯具用在直流系统输出正负母排上或连接在整流桥后端，整流桥后不需要外加电解电容，结构简单，节约成本，提高可靠性；本发明中电子开关组中的各电子开关共负极连接，驱动电路设计简单；本发明中的LED灯具的恒功率输出，不受母线电压的大小影响，所以应用范围比较广，而且在电压过低时可以限流输出保护；本发明中具有保护电路，稳定可靠；本发明中配置精度调节电路，可以提高对LED灯珠电流调节精度，减小调节步长，从而提高恒功率控制的精度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种自适应恒功率LED灯具的控制方法，其特征在于，包括：

将LED灯具中的LED灯串设置为固定LED灯串和可调节的LED灯串；

将可调节的LED灯串连接一个可提高调节精度的精度调节电路；所述精度调节电路的工作电压为可调节的LED灯串中LED灯珠电压的一半；

检测LED灯具的输出功率，通过检测的输出功率调节可调节的LED灯串中开启和关闭的LED灯珠的数量，使LED灯具的功率处于过功率和欠功率之间并使所述LED灯具保持恒功率输出。

2.根据权利要求1所述的自适应恒功率LED灯具的控制方法，其特征在于，在固定LED灯串的输入端设置用于判断LED灯具的电压和电流是否超出预设值且在超出预设值时进行过压和过流保护的保护电路。

3.一种自适应恒功率LED灯具，其特征在于，包括：

固定LED灯串和与所述固定LED灯串相连的可调节的LED灯串；

精度调节电路，与所述可调节的LED灯串相连，用于提高可调节的LED灯串的调节精度；所述精度调节电路的工作电压为可调节的LED灯串中LED灯珠电压的一半；

功率侦测电路，用于检测LED灯具的输出功率；

逻辑控制电路，与所述功率侦测电路相连，通过所述功率侦测电路检测的输出功率控制调节可调节的LED灯串中开启和关闭的LED灯珠的数量，使LED灯具的功率处于过功率和欠功率之间并使所述LED灯具保持恒功率输出。

4.根据权利要求3所述的自适应恒功率LED灯具，其特征在于，所述精度调节电路通过一个电子开关控制与所述可调节的LED灯串的连接。

5.根据权利要求3所述的自适应恒功率LED灯具，其特征在于，还包括与所述固定LED灯串的输入端相连，用于判断LED灯具的电压和电流是否超出预设值且在超出预设值时进行过压/过流保护的保护电路。

6.根据权利要求3所述的自适应恒功率LED灯具，其特征在于，还包括连接于所述逻辑控制电路和所述可调节的LED灯串之间，用于控制所述可调节的LED灯串中LED灯珠开启和关闭的电子开关组。