CN103874298A - 一种通过调光器实现调色调光的led发光装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过调光器实现调色调光的LED发光装置及方法，涉及LED照明领域；包括交流输入端、调光器、驱动电路、光耦合电路以及MCU，所述交流输入端与调光器连接，所述调光器分别于光耦合电路以及驱动电路连接，所述光耦合电路以及驱动电路均与MCU连接；还包括第一LED灯组与第二LED灯组，所述MCU通过第一开关电路与第一LED灯组连接，MCU通过第二开关电路与第二LED灯组连接，所述驱动电路分别为MCU、第一LED灯组以及第二LED灯组提供驱动电源；本发明所提供的通过调光器实现调色调光的LED发光装置，不仅节约了成本，线路简单，无需外接电路即可实现，安装简单。

Description

一种通过调光器实现调色调光的LED发光装置及方法

技术领域

    本发明涉及LED照明领域，尤其涉及一种通过调光器实现调色调光的LED发光装置及方法。

背景技术

随着人们生活水平的逐步提高，大家对视觉体验的向往与追求越来越高，传统的白炽灯耗电量比较大，逐渐被电子节能灯替代，节能灯使用时间在6000小时左右，且节能灯里面含有汞，在节能灯打碎后里面的汞会散发在空气中，会严重污染环境，带来非常严重的后果；遂逐渐被LED所代替，LED灯的使用寿命在50000小时左右；而目前市场上的LED 照明系统，控制多个LED 灯时，大多为单一式开关，即全开或全关，这种设计简单易操作，但是普遍存在照明亮度无法调节，光线稍暗时也需全开灯等问题，不利于节能环保和精确控制；且现有技术中，一个LED照明产品中只能调一种色温的光，如果需发出三种色温的光，需使用三种色温的LED灯珠，这三种色温的LED需要三套原材料，这样比较浪费资源、成本、人力、物料、生产工时。

发明内容

        本发明为克服现有技术中照明亮度无法调节以及三种色温的LED需要三套原材料的不足而提供一种通过调光器实现调色调光的LED发光装置，该装置具有能根据不同需求来调节不同亮度以及完成三种色温的LED照明的特点。

        本发明的技术方案如下：

一种通过调光器实现调色调光的LED发光装置，其特征在于：包括交流输入端、调光器、驱动电路、光耦合电路以及MCU，所述交流输入端与调光器连接，所述调光器分别于光耦合电路以及驱动电路连接，所述光耦合电路以及驱动电路均与MCU连接；还包括第一LED灯组与第二LED灯组，所述MCU通过第一开关电路与第一LED灯组连接，MCU通过第二开关电路与第二LED灯组连接，所述驱动电路分别为MCU、第一LED灯组以及第二LED灯组提供驱动电源。

上述驱动电路包括交流转直流电路和稳压电路，所述稳压电路输入端与所述交流转直流电路输出端连接。

上述第一开关电路为第一场效应管，第二开关电路为第二场效应管；

上述第一LED灯组和第二LED灯组的正极分别与所述驱动电路输出端的正极相连，所述第一LED灯组和第二LED灯组的负极分别与第一场效应管的漏极和第二场效应管的漏极相连，所述第一场效应管的源极和第二场效应管的源极分别与所述驱动电路输出端的负极相连，所述第一场效应管的栅极连接至所述MCU的第一脉宽调制信号输出端，所述第二场效应管的栅极连接至MCU的第二脉宽调制信号输出端。

上述第一LED灯组和第二LED灯组分别包括数量相同且相互串联的LED灯，且所述第一LED灯组中LED灯的色温与第二LED灯组中LED灯的色温不同。

上述稳压电路为低压差线性稳压集成电路。

上述稳压电路与所述MCU的电源输入端相连，并为所述MCU提供工作电压。

上述LED发光装置实现调色调光的方法，其中包括步骤：

S100：驱动电路接通外接交流电后向所述MCU、第一LED灯组和第二LED灯组输出恒压恒流信号；

S200：所述光耦合电路向所述MCU的控制信号输入端输出方波信号，并经所述MCU向所述第一开关电路输出脉宽调制信号，驱动所述第一开关电路导通，并控制所述第一LED灯组发冷白光；在此情况下调整调光器的按钮大小使光电耦合器输出的方波信号脉宽发生变化，从而实现LED发光的亮暗；

S300：当LED发冷白光时，通过调光器开关中断交流电，使所述MCU的控制信号输入端的方波信号处于低电平，并向所述第二开关电路输出脉宽调制信号，驱动所述第二开关电路导通，控制所述第二LED灯组发暖光，在此情况下调整调光器的按钮大小使光电耦合器输出的方波信号脉宽发生变化，从而实现LED发光的亮暗。

S400：当LED发暖光时，再次通过调光器开关中断交流电，使所述MCU的控制信号输入端的方波信号处于低电平，同时向所述第一开关电路和第二开关电路输出各自一半的脉宽调制信号，驱动所述第一开关电路和第二开关电路导通，控制所述第一LED灯组和第二LED灯组同时发光，以产生暖白光，在此情况下调整调光器的按钮大小使光电耦合器输出的方波信号脉宽发生变化，从而实现LED发光的亮暗；

S500 ：当LED发暖白光时，再次通过调光器开关中断交流电，使所述MCU的控制信号输入端的方波信号处于低电平并向所述第一开关电路输出脉宽调制信号，驱动所述第一开关电路导通，控制所述第一LED灯组发冷白光，回到初始模式，一个循环结束。

本发明的有益效果：本发明所提供的通过调光器实现调色调光的LED发光装置，实现了一个LED发光装置完成三种色温的LED照明，且通过用户家里原有安装的调光器来实现对LED亮度以及色温的调节，不仅节约了成本，线路简单，无需外接电路即可实现，安装简单，而且满足不同地区用户及不同环境照明需求，利于最终用户使用及厂商生产和LED照明产品的广泛推广。

附图说明

图1为本发明实现调色调光的LED发光装置的原理框图。

图2为本发明提供的实现调色调光的LED发光装置的电路结构图。

图3为本发明提供的采用图1和图2所示的LED发光装置实现调色调光的方法流程图。

具体实施方式

为了更好的说明本发明，现结合实施例与附图作进一步说明。

如图1至2所示，一种通过调光器实现调色调光的LED发光装置，包括交流输入端10、调光器20、驱动电路40、光耦合电路30以及MCU50，所述交流输入端10与调光器20连接，所述调光器20分别于光耦合电路30以及驱动电路40连接，所述光耦合电路30以及驱动电路40均与MCU50连接；还包括第一LED灯组61与第二LED灯组71，所述MCU50通过第一开关电路62与第一LED灯组61连接，MCU50通过第二开关电路72与第二LED灯组71连接，所述驱动电路40分别为MCU50、第一LED灯组61以及第二LED灯组71提供驱动电源；

驱动电路40包括交流转直流电路41和稳压电路42，所述稳压电路42输入端与所述交流转直流电路41输出端连接；

第一开关电路62为第一场效应管，第二开关电路72为第二场效应管；

第一LED灯组61和第二LED灯组71的正极分别与所述驱动电路输出端的正极相连，所述第一LED灯组和第二LED灯组的负极分别与第一场效应管62的漏极和第二场效应管72的漏极相连，所述第一场效应管62的源极和第二场效应管72的源极分别与所述驱动电路40输出端的负极相连，所述第一场效应管62的栅极连接至所述MCU50的第一脉宽调制信号输出端，所述第二场效应管72的栅极连接至MCU50的第二脉宽调制信号输出端。

如图2所述，该LED发光装置的所述交流电输入端10为三相电源，包括火线、零线和地线；光电耦合电路30一输入管脚连接交流输入端10的零线，另一输入端经调光器20接交流输入端10的火线，光电耦合电路30的其中一输出管脚连接MCU50的信号输入端，也即是MCU50MCU的AD1端口，该AD1端口是MCU50的一模数转换端口，由于光电耦合电路30输出的信号为方波信号，因此，为了便于后续通过MCU50对开关电路进行通断控制，光电耦合电路30的该输出端需接MCU50的该AD1端口，以将模拟信号转换为数字信号；光电耦合电路30的另一输出端连接驱动电路30的输出端负极。

光耦合电路30向MCU50 AD1端口输出的的方波信号的产生过程如下：光耦合电路30与交流输入端相连，当交流电正半周流过光耦合电路30输入端中发光二极管的正极时，该发光二极管开始发光，使里面的三极管导通，AD1端口的信号从原来的高电位变为低电位，当交流电为负半周流过时，发光二极管停止工作，发光二极管不发光使三极管不导通，进而使AD1端口的信号从原来的低电位变为高电位，这样不断有交流电流过光耦合电路的输入管脚，使输出端管脚输出方波信号。

本实施例中，驱动电路40包括一交流转直流电路41和稳压电路42，其中，交流转直流电路41的输入端与所述交流输入端10连接，而交流转直流电路41的输出端连接稳压电路42的输入端，稳压电路42的输出端连接MCU50的电压输入端，为MCU50提供工作电压Vcc，该稳压电路42为低压差线性稳压集成电路，交流转直流电路41将交流输入端10提供的交流电转换为直流电，并产生恒压恒流信号，电压和电流的大小可以通过交流转直流电路41进行调节，交流转直流电路41的输出端还与第一LED灯组61和第二LED灯组71相连，为第一LED灯组51和第二LED灯组71提供工作电源。

在本实施例中，第一LED灯组61和第二LED灯组71都包括有数个串联的LED灯，且第一LED灯组61中LED灯的数量和第二LED灯组71中LED串的数量相同，第一LED灯组61中LED灯的色温与第二LED灯组71中LED灯的色温不相同。在本发明中，LED灯的色温有三种选择，包括冷白光、暖光和暖白光，因此，在本实施例中色温的搭配就有三种选择，本实施例选用一组白光LED灯和一组暖白光LED灯，即选取LED11-LED1N为冷白光，LED21-LED2N为暖白光，第一LED灯组61中LED11和第二LED灯组71中LED21的正极分别与驱动电路40输出端的正极相连，驱动电路40的输出端正极也即是交流转直流电路41输出端的正极。

在本实施例中，第一开关电路62和第二开关电路72均为场效应管，分别为第一场效应管和第二场效应管，第一场效应管的D极和第二场效应管的D极分别与所述第一LED灯组61和第二LED灯组71的负极相连，在此，第一场效应管的D极和第二场效应管的D极分别与LED1N和LED2N的负极相连，所述第一场效应管的S极和第二场效应管的S极分别与所述驱动电路输出端的负极相连，所述第一场效应管的G极与所述MCU40的第一脉宽调制信号输出端连接，第二场效应管的G极与所述MCU40的第二脉宽调制信号输出端相连；所述MCU40的第一脉宽调制信号输出端和第二脉宽调制信号输出端分别向第一场效应管和第二场效应管提供脉宽调制信号，以控制第一场效应管和第二场效应管的通断；MCU40的第一脉宽调制信号输出端和第二脉宽调制信号输出端不间断产生脉宽调制信号，驱动第一场效应管或者第二场效应管导通，驱动第一LED灯组61发出冷白光、或者第二LED灯组71发出暖光、或者第一LED灯组61和第二LED灯组71同时发光。

通过上述LED发光装置，可以实现调色调光调亮度的变换，具体的实现过程如图3所示，包括以下步骤：

S100：所述驱动电路40接通外接交流电，开始工作，向所述MCU50、第一LED灯组61和第二LED灯组71输出恒压恒流信号；

S200：所述光耦合电路30向所述MCU50的控制信号输入端输出方波信号，并经所述MCU50向所述第一开关电路62输出脉宽调制信号，驱动所述第一开关电路62导通，并控制所述第一LED灯组61发冷白光；在此情况下调整调光器20的按钮大小使光电耦合器30输出的方波信号脉宽发生变化，从而实现LED发光的亮暗；

S300：当LED发冷白光时，通过调光器20开关中断交流电，使所述MCU50的控制信号输入端的方波信号处于低电平，并向所述第二开关电路72输出脉宽调制信号，驱动所述第二开关电路72导通，控制所述第二LED灯组71发暖光；调整调光器20的按钮大小使光电耦合器30输出的方波信号脉宽发生变化，从而实现LED发光的亮暗；

S400：当LED发暖光时，通过调光器20开关中断交流电，使所述MCU50的控制信号输入端的方波信号处于低电平，同时向所述第一开关电路62和第二开关电路72输出各自一半的脉宽调制信号，驱动所述第一开关电路62和第二开关电路72导通，控制所述第一LED灯组61和第二LED灯组62同时发光，以产生暖白光；调整调光器20的按钮大小使光电耦合器30输出的方波信号脉宽发生变化，从而实现LED发光的亮暗；

S500：当LED发暖白光时，通过调光器20开关中断交流电，使所述MCU50的控制信号输入端的方波信号处于低电平并向所述第一开关电路62输出脉宽调制信号，驱动所述第一开关电路62导通，控制所述第一LED灯组61发冷白光；回到步骤S100，一个循环结束。

下面结合具体的实施例对上述步骤进行详细的说明和描述。

在该LED发光装置第一次通电后，驱动电路40开始工作，分别为MCU50提供工作电压，而光耦合电路30也向MCU50的信号输入端口（AD1端口）输出方波信号，此时MCU50判断AD1端口的方波信号处于高电位，则第一脉宽调制信号输出端输出脉宽调制信号，驱动第一场效应管62导通，而第二场效应管72截止，第一LED灯组61点亮，发出冷白光，在此情况下调整调光器20的按钮大小使光电耦合器30输出的方波信号脉宽发生变化，从而实现LED发光的亮暗。

如果需将LED发光装置由发冷白光切换到发暖光，则通过调光器20开关断开交流电，并在1秒钟时间内恢复交流电，此时AD1端口的方波信号处于低电位，MCU50的第二脉宽调制信号输出端产生脉宽调制信号，驱动第二场效应管72导通，而第一场效应管62截止，此时，第二LED灯组71被点亮，发出暖光，在此情况下调整调光器20的按钮大小使光电耦合器30输出的方波信号脉宽发生变化，从而实现LED发光的亮暗。

如果需将LED发光装置由发暖白光切换到同时发暖白光和白光，则通过调光器20开关断开交流电，并在很短时间如1秒钟时间内恢复交流电，此时AD1端口的方波信号处于低电位，MCU50的第一脉宽调制信号输出端和第二脉宽调制信号输出端同时产生脉冲调制信号，而每个脉冲调制信号的强度为只有一个发出脉冲调制信号时的一半，此时，第一场效应管62和第二场效应管72同时被驱动导通，进而控制第一LED灯组61和第二LED灯组71同时发光，也即是第一LED灯组61发出冷白光、第二LED灯组71发出暖光，但他们的强度为只发出冷白光或者只发出暖光时的一半，因此，他们同时发光可产生暖白光。由于此时LED灯的实际功率会比每组LED灯组单独发光时的功率要小，因此两组LED灯组的温度也会下降，进而使LED灯组的使用寿命增加，调整调光器的按钮大小使光电耦合器输出的方波信号脉宽发生变化，从而实现LED发光的亮暗。

而如果此时需将LED发光装置由同时发暖光和冷白光切换到发冷白光，则通过调光器20开关断开交流电，并在1秒钟时间内恢复交流电，此时AD1端口的方波信号处于低电位，第一脉宽调制信号输出端输出脉宽调制信号，驱动第一场效应管62导通，而第二场效应管72截止，第一LED灯组61点亮，发出冷白光，调整调光器的按钮大小使光电耦合器输出的方波信号脉宽发生变化，从而实现LED发光的亮或暗，回到第一种模式，一个循环结束。

这样，通过不断地控制调光器20开关中断交流电和调整调光器20按钮的大小，实现了LED发光装置发出不同色温的光同时也可以实现调光，且每控制交流开关断开交流电一次，LED发光装置就发出一种色温的光，使LED发光装置发出的光在不同色温间切换，实现了三种色温LED照明，且在变换不同色温过程中，LED的功率都保持不变，节约耗能也降低了成本，但在调整调光器的大小过程中，耗能的大小随调光器调的大小决定，同时实现LED照明灯的亮暗。

本发明的LED发光装置可以广泛应用于照明领域，包含球泡灯、筒灯、吸顶灯、日光灯管、面板灯、天花灯、PAR灯、玉米灯、油灯、工矿灯等等，外型随着灯具的要求可以随意变动。

Claims (7)

1.一种通过调光器实现调色调光的LED发光装置，其特征在于：包括交流输入端、调光器、驱动电路、光耦合电路以及MCU，所述交流输入端与调光器连接，所述调光器分别与光耦合电路以及驱动电路连接，所述光耦合电路以及驱动电路均与MCU连接；还包括第一LED灯组与第二LED灯组，所述MCU通过第一开关电路与第一LED灯组连接，MCU通过第二开关电路与第二LED灯组连接，所述驱动电路分别为MCU、第一LED灯组以及第二LED灯组提供驱动电源。

2.如权利要求1所述的通过调光器实现调色调光的LED发光装置，其特征在于：所述驱动电路包括交流转直流电路和稳压电路，所述稳压电路输入端与所述交流转直流电路输出端连接。

3.如权利要求1所述的通过调光器实现调色调光的LED发光装置，其特征在于：所述第一开关电路为第一场效应管，所述第二开关电路为第二场效应管；

所述第一LED灯组和第二LED灯组的正极分别与所述驱动电路输出端的正极相连，所述第一LED灯组和第二LED灯组的负极分别与第一场效应管的漏极和第二场效应管的漏极相连，所述第一场效应管的源极和第二场效应管的源极分别与所述驱动电路输出端的负极相连，所述第一场效应管的栅极连接至所述MCU的第一脉宽调制信号输出端，所述第二场效应管的栅极连接至MCU的第二脉宽调制信号输出端。

4.如权利要求1所述的通过调光器实现调色调光的LED发光装置，其特征在于：所述第一LED灯组和第二LED灯组分别包括数量相同且相互串联的LED灯，且所述第一LED灯组中LED灯的色温与第二LED灯组中LED灯的色温不同。

5.如权利要求1或2所述的通过调光器实现调色调光的LED发光装置，其特征在于：其所述稳压电路为低压差线性稳压集成电路。

6.如权利要求1或2所述的通过调光器实现调色调光的LED发光装置，其特征在于：所述稳压电路与所述MCU的电源输入端相连，并为所述MCU提供工作电压。

7.一种采用上述LED发光装置实现调色调光的方法，其中包括步骤：

S100：驱动电路接通外接交流电后向所述MCU、第一LED灯组和第二LED灯组输出恒压恒流信号；

S200：所述光耦合电路向所述MCU的控制信号输入端输出方波信号，并经所述MCU向所述第一开关电路输出脉宽调制信号，驱动所述第一开关电路导通，并控制所述第一LED灯组发冷白光；调整调光器的按钮大小使光电耦合器输出的方波信号脉宽发生变化，从而实现LED发光的亮暗；

S300：当LED发冷白光时，通过调光器开关中断交流电，使所述MCU的控制信号输入端的方波信号处于低电平，并向所述第二开关电路输出脉宽调制信号，驱动所述第二开关电路导通，控制所述第二LED灯组发暖光，调整调光器的按钮大小使光电耦合器输出的方波信号脉宽发生变化，从而实现LED发光的亮暗；

S400：当LED发暖光时，通过调光器开关中断交流电，使所述MCU的控制信号输入端的方波信号处于低电平，同时向所述第一开关电路和第二开关电路输出各自一半的脉宽调制信号，驱动所述第一开关电路和第二开关电路导通，控制所述第一LED灯组和第二LED灯组同时发光，以产生暖白光；调整调光器的按钮大小使光电耦合器输出的方波信号脉宽发生变化，从而实现LED发光的亮暗；

S500：当LED发暖白光时，通过调光器开关中断交流电，使所述MCU的控制信号输入端的方波信号处于低电平并向所述第一开关电路输出脉宽调制信号，驱动所述第一开关电路导通，控制所述第一LED灯组发冷白光，回到初始模式，一个循环结束。

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