CN103874310A - 一种提高led视觉照明效果并降低led灯具发热的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提高LED视觉照明效果并降低LED灯具发热的方法，采用脉冲恒流驱动方式，可根据LED的性能调节的流过LED的电流值以及占空比，甚至可以将恒流值调节到接近LED的极限值，从而提高LED发光效率。同时由于采用脉冲供电，LED处于间歇工作的状态，也不存在LED芯片长时间导通结温过高的问题。利用人眼具有视觉暂留效应，加上LED内荧光粉的余晖效应，让人眼视觉感光停留在最大电流时的光强效果，实现高视觉感官照明效果。采用本发明的技术方案，在同等视觉亮度下达到降低LED功耗，降低LED灯具的发热量，从而延长LED寿命。
Description
技术领域
本发明涉及LED半导体固体照明技术领域，具体涉及一种提高LED视觉照明效果并降低LED灯具发热的方法。
背景技术
LED光源作为新一代光源，正在迅猛发展。LED(半导体发光二极管)是一种固态的半导体发光器件，它可以直接把电转化为光。具有低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短（开关特性好）、对环境无污染、多色发光、显色性能好等优点，是值得推广的新光源。
长期以来，LED都采用恒定电流驱动，LED发光光强为恒定输出，与恒定电流成比例关系，一般功率为1W的LED灯珠恒流350mA条件下工作发光效果最佳。采用恒流驱动模式下，不可以采用提高或超过额定电流工作的方式提高LED的发光效率，因为长时间结温过高会缩短LED灯具的使用寿命。
但照明总归是人的视觉感官的效应，人眼视觉暂留效应以及荧光材料的余晖效应为照明效果提供了新思路。由于人的眼睛对亮度变化存在着一个视觉惰性，当每秒钟亮度变化低于25次时，人的眼睛会感到光是闪动的，当每秒钟亮度变化超过25次时，人的眼睛会感到光不是闪动的；同时荧光材料中包含一些微量杂质，且这些杂质的能级位于禁带内，相当于陷阱能级，从价带被激发的电子进入导带后，又会掉入这些陷阱能级。因为这些被陷阱能级所捕获的激发电子必须首先脱离陷阱能级进入导带后才能跃迁回到价带，所以它们被射入光子激发后，需要延迟一段时间才会发光。
故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种提高LED视觉照明效果并降低LED灯具发热的方法，采用脉冲恒流驱动方式，并可根据LED芯片的实际性能调节的流过LED的电流值以及占空比，甚至可以将恒流值调节到接近LED的极限值，从而提高LED发光效率。同时由于采用脉冲供电，LED处于间歇工作的状态，大大降低了LED灯具的发热，延长了LED的使用寿命，也不存在LED芯片长时间导通结温过高的问题。利用人眼具有视觉暂留效应，加上LED内荧光粉的余晖效应，让人眼视觉感光停留在最大电流时的光强效果，实现高视觉感官照明效果。
为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案为：
一种提高LED视觉照明效果并降低LED灯具发热的方法，采用单片机产生脉冲驱动开关管，使LED恒流驱动模块产生的驱动电流非全周期通过LED光源使其间歇导通，并通过所述LED光源外层荧光粉滤镜激发出白光，利用人眼视觉暂留原理和荧光粉的余晖效应，实现高视觉感官照明效果。
优选地，所述单片机所产生的脉冲的频率为200Hz。
优选地，驱动电流的幅值可设为接近LED芯片工作极限电流值，从而在同等功率下实现高光强视觉感官。
优选地，所述单片机选用Microship公司的8位单片机PIC16F716。
优选地，所述LED光源具有多组LED灯珠串，单片机能产生多路脉冲，任一路脉冲驱动一路开关管进而控制一组LED灯珠串。
优选地，所述LED光源中不同组的LED灯珠串分时错开导通。
优选地，所述单片机所产生脉冲的占空比为33%。
优选地，所述单片机所产生脉冲的占空比为50%。
优选地，所述单片机所产生脉冲的占空比为83%。
与现有技术采用的恒流驱动的LED照明技术方案相比，本发明的有益效果如下：采用脉冲恒流驱动方式，使LED芯片处于间歇工作状态，通过LED芯片的电流时间短、耗电少、发热小，从而可将驱动电流的幅值提高到接近LED芯片工作极限电流值，从而在降低LED灯具发热量的同时提高了LED瞬时发光强度。由于人眼的视觉残留效应和荧光粉余辉效应，使人眼内的视觉亮度始终保持在较高的效果状态。因此在同等视觉亮度下达到降低LED功耗，延长LED寿命，减少散热结构件的目的。
附图说明
图1是本发明实施例的原理框图；
图2是本发明实施例一的电路原理图；
图3是本发明实施例一中三种脉冲控制方式的输出波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
参见图1，所示为本发明实施例提高LED视觉照明效果并降低LED灯具发热的方法的原理框图，采用单片机产生脉冲驱动开关管，使LED恒流驱动模块产生的驱动电流非全周期通过LED光源使其间歇导通，并通过所述LED光源外层荧光粉滤镜激发出白光，利用人眼视觉暂留原理和荧光粉的余晖效应，实现高视觉感官照明效果。
在一种优选的实施方式中，单片机选用Microship公司的8位PIC16F716作为核心控制器，并能产生多路的驱动信号，以200Hz的脉冲驱动方式，使电流通过蓝色或其它颜色LED芯片发光，并通过荧光粉滤镜激发出白光等其它光色。
LED的发光强度与驱动电流成比例关系，但驱动电流过大会使LED长期在结温过高的状况下工作，从而影响LED寿命，因此一般单颗1W的LED灯珠最佳工作电流为350mA。但本发明实施例由于采用脉冲驱动的方式，LED芯片处于间歇工作状态，通过LED芯片的电流时间短、耗电少、发热小，可将驱动电流适当提高，甚至可以将驱动电流的幅值提高到接近LED芯片工作极限电流值。由于人眼的视觉残留效应和荧光粉余辉效应，使人眼内的视觉亮度保持在较高的效果状态。因此采用该方法，可以在同等视觉亮度下达到降低LED功耗，延长LED寿命，减少散热结构件的目的。
为了有效解决窄脉冲占空比偏小的情况下光效会明显下降，本发明一种优选实施方式提出采用多路脉冲驱动LED光源的方法，解决了因为超额定电流工作带来的发热。同时让LED光源中的每组LED灯珠串分时错开导通，保证LED光源不在全周期内工作且同一时刻肯定有一组灯珠串处于工作状态。实验表明，要达到相同的人眼“视觉亮度”，脉冲驱动方式可比直流驱动方式节电20%～60%。作为一种新型高效节能长寿的LED电光源，无疑具有巨大的社会效益和经济效益。
参见图2，所示为本发明实施例一的电路原理图，产生三路脉冲驱动LED光源。其中，LED驱动恒流驱动模块在图中并未示出，IC1为8位单片机PIC16F716，R1～R3为采样电阻，D1～D1-N（D2～D2-N、D3～D3-N）为三组串联LED光源，L1～L3为滤波电感，Q1、Q2、Q3为MOS功率开关管。通过单片机输出的脉冲波形，使SW1、SW2、SW3分别开启，在保证串联LED光源工作亮度的情况下，减少LED光源的工作时间，以到达节能降低功耗的作用。
参见图3，所示为本发明实施例一中三种脉冲控制方式的输出波形图，脉冲驱动方式通过对PIC16F716单片机的编程，SW1、SW2和SW3分别控制三组LED光源，图中显示了脉冲频率为200Hz的情况下，占空比分别33%、50%、83%的PWM输出波形的情况。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种提高LED视觉照明效果并降低LED灯具发热的方法，其特征在于，采用单片机产生脉冲驱动开关管，使LED恒流驱动模块产生的驱动电流非全周期通过LED光源使其间歇导通，并通过所述LED光源外层荧光粉滤镜激发出白光，利用人眼视觉暂留原理和荧光粉的余晖效应，实现高视觉感官照明效果。
2.根据权利要求1所述提高LED视觉照明效果并降低LED灯具发热的方法，其特征在于，所述单片机所产生的脉冲的频率为200Hz。
3.根据权利要求1或2所述提高LED视觉照明效果并降低LED灯具发热的方法，其特征在于，驱动电流的幅值可设为接近LED芯片工作极限电流值，从而在同等功率下实现高光强视觉感官。
4.根据权利要求1所述提高LED视觉照明效果并降低LED灯具发热的方法，其特征在于，所述单片机选用Microship公司的8位单片机PIC16F716。
5.根据权利要求2所述提高LED视觉照明效果并降低LED灯具发热的方法，其特征在于，所述LED光源具有多组LED灯珠串，单片机能产生多路脉冲，任一路脉冲驱动一路开关管进而控制一组LED灯珠串。
6.根据权利要求5所述提高LED视觉照明效果并降低LED灯具发热的方法，其特征在于，所述LED光源中不同组的LED灯珠串分时错开导通。
7.根据权利要求6所述提高LED视觉照明效果并降低LED灯具发热的方法，其特征在于，所述单片机所产生脉冲的占空比为33%。
8.根据权利要求6所述提高LED视觉照明效果并降低LED灯具发热的方法，其特征在于，所述单片机所产生脉冲的占空比为50%。
9.根据权利要求6所述提高LED视觉照明效果并降低LED灯具发热的方法，其特征在于，所述单片机所产生脉冲的占空比为83%。
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