CN104994630B - 一种整合多种调光方式的led驱动器控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整合多种调光方式的LED驱动器控制方法，包括数字控制芯片，其特征在于所述的数字控制芯片包括一个选择器，所述的选择器包括程序模块和调光切换信号接收端口；在所述的调光切换信号接收端口接收到调光切换信号后，所述的程序模块根据各调光方式相对应的信号，切换调光方式至与所述的调光切换信号相对应的调光方式。同时针对不同的应用场合，提出两种不同的调光切换模式：离线切换模式与在线切换模式以及在离线切换模式时复用不同调光方式下所使用的端口以实现数字控制芯片的端口资源节约。本发明利用数字控制技术在单个LED驱动器中整合多种调光方式，可简化控制电路结构，降低成本，减少浪费。

Description

一种整合多种调光方式的LED驱动器控制方法

技术领域

本发明涉及控制技术，尤其涉及LED驱动器领域，具体地说是一种整合多种调光方式的LED驱动器控制方法。

背景技术

在全世界倡导节能减排的大背景环境下，以绿色、环保、节能为标签的LED照明越来越受到市场的青睐。除了LED光源本身所具有的发光效率高，使用寿命长，节能环保等优势外，可调光性质也成为另外一大优势。目前大多数普通照明还只是停留在ON/OFF状态，造成了能源的极大浪费。采用调光技术，减小不必要的高亮度照明，将极大地降低能耗，也可降低LED光源的工作环境温度，从而显著延长LED光源的工作寿命，同时也降低了驱动器的损耗，提高了寿命，增加了可靠性。因此，调光式LED驱动器的流行成为必然的发展趋势。

目前多数调光式LED驱动器的调光实现方案主要分为三种：相控调光，线性调光与PWM调光。相控调光即通过改变输入交流电压导通脚的方式，改变其有效值大小以实现调光，例如TRIAC调光。如图1所示为采用相控调光的两级式AC/DC LED驱动器框图。线性调光主要是通过直接调节驱动器输出驱动电流大小实现调光。PWM调光主要是指保持驱动器输出驱动电流大小恒定，利用PWM控制输出驱动电流在周期内输出脉宽实现调光。多数调光方式的实现方式采用后两种实现方案。如图2所示为采用线性调光或者PWM调光的两级式AC/DC LED驱动器框图。

随着数字控制技术以及数字控制器件的发展，数字控制已广泛应用于LED驱动器。对于相控调光，数字控制不能直接参与调光控制，但能够完成对其调光电路的使能控制以及提供保护功能等。对于线性调光与PWM调光，数字控制芯片能够接收各调光器发送的亮度调节值，并直接完成驱动器的线性调光控制或者PWM调光控制。两种控制方案对于数字控制芯片来说本质相同，只是调光控制信号的输出格式不同。综上所述，数字控制芯片可以实现对大多数调光方案的控制。因此，各种数字控制调光方式根据数字控制在其中的作用可分为：数字控制芯片能够直接参与调光控制与数字控制芯片不能直接参与调光控制两种。

目前，大多数LED驱动器仅支持一种或者少部分调光方式。对于需要多种调光方式或者需要频繁更换调光方式的场合，频繁地更换LED驱动器或者安装多种不同的LED驱动器，将造成极大的人力与物力的浪费。

发明内容

本发明要解决的是现有技术存在的上述技术问题，旨在提供一种利用数字控制技术在单个LED驱动器中整合多种调光方式的控制方法，简化控制电路结构，降低成本，减少浪费。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种整合多种调光方式的LED驱动器控制方法，包括数字控制芯片，其特征在于所述的数字控制芯片包括一个选择器，所述的选择器包括程序模块和调光切换信号接收端口；在所述的调光切换信号接收端口接收到调光切换信号后，所述的程序模块根据各调光方式相对应的信号，切换调光方式至与所述的调光切换信号相对应的调光方式，其在线切换模式按以下步骤进行：1)驱动器上电，各模块初始化；2)选择器初始化，先以默认调光方式和默认亮度工作；3)选择器实时检测调光切换信号，当调光切换信号发生变化时，选择器先保存当前灯光亮度，确定并切换至目标调光方式，并在切换过程中保持灯光亮度不变；4)禁用当前调光方式所使用的端口和模块，当前调光方式程序退出主程序；5)目标调光方式开始工作。

本发明的工作原理如下：

在单个LED驱动器中整合多种调光方式时主要涉及的问题为：调光方式的选择，各调光方式间的切换与各调光方式的数字控制实现。各调光方式的数字控制实现与单一调光方式数字控制LED驱动器实现方式无异。因此，本发明主要关注调光方式的选择与各调光方式间的切换问题。

针对调光方式的选择问题，本发明提出一种在数字控制芯片中增加“选择器”功能的方案。“选择器”实现调光方式的选择的基本原理如图3所示。“选择器”接收用户发送的调光切换信号，然后根据该信号确定并更改为相应的调光方式状态。调光方式状态更改后，实现相应调光方式控制的程序部分即会并入主程序中。“选择器”的主体包含“程序模块”与“调光切换信号接收端口”两部分。其中“程序模块”主要实现调光切换信号的处理与调光方式状态的确定，“调光切换信号接收端口”主要实现调光切换信号的接收。

“选择器”调光切换信号的接收方式的实现形式根据数字控制芯片本身条件灵活选择，具体可分为两种：

1)利用数字控制芯片ADC模块。数字控制芯片利用ADC模块采样不同电平电压并转换成AD值，再根据不同的AD值范围选择相对应的调光方式。此方式适用于数字控制芯片具备足够的AD采样口的条件。

2)利用数字控制芯片通信模块。数字控制芯片接收上位机发送的各调光方式相对应的通信信号，根据通信信号切换调光方式。此方式适用于数字控制芯片具备相应的通信模块的条件。

多种调光方式整合时，除了涉及调光方式的选择问题，还涉及到调光方式的切换问题。本发明提出两种调光方式的切换模式：在线切换与离线切换。

1)离线切换即指初始上电时驱动器处于等待调光切换信号的待机状态，此时驱动器调光功能模块不工作。在“选择器”接收到调光切换信号并确定相应的调光方式状态后，相应的调光方式程序并入主程序中开始执行，驱动器调光功能模块才开始工作。驱动器调光功能模块工作后不再进行调光方式的切换，如需切换则需重新上电。

2)在线切换即指驱动器工作后“选择器”仍实时检测调光切换信号。当检测到调光切换信号变化时，“选择器”将更改调光方式状态。程序检测到调光方式状态变化时，程序即进行调光方式的切换。此种调光切换模式涉及前、后调光方式的过渡问题，实现相对复杂。

在线切换时“选择器”在未接收到调光切换信号时，驱动器先以默认调光方式，默认亮度工作。工作时“选择器”实时检测调光切换信号，当调光切换信号发生变化时，“选择器”更改调光方式状态。程序中检测到调光方式状态变化时进入切换过程。完整的切换过程首先是当前灯光亮度的保存，同时在整个切换过程中，保持灯光亮度不变。然后是禁用当前调光方式所使用的端口、模块等，当前调光方式程序退出主程序。最后是目标调光方式程序并入主程序开始执行。目标调光方式的初始亮度为已保存的切换时刻的亮度，以保证调光方式的平滑切换。

本发明利用数字控制技术在单个LED驱动器中整合多种调光方式，可简化控制电路结构，降低成本，减少浪费。

附图说明

图1是采用相控调光的两级式AC/DC LED驱动器框图。

图2是采用线性调光或者PWM调光的两级式AC/DC LED驱动器框图。

图3是本发明整合多种调光方式的LED驱动器控制方法的原理图。

图4是采样方法选择器的结构示意图。

图5是通信方式选择器的结构示意图。

图6是离线模式多调光方式驱动器的结构示意图。

图7离线模式实现流程图。

图8是在线模式多调光方式驱动器的结构示意图。

图9是在线模式实现流程图。

具体实施方式

参照图3，本发明的整合多种调光方式的LED驱动器控制方法，在数字控制芯片中增加“选择器”功能的方案。“选择器”接收用户发送的调光切换信号，然后根据该信号确定并更改为相应的调光方式状态。调光方式状态更改后，实现相应调光方式控制的程序部分即会并入主程序中。“选择器”的主体包含“程序模块”与“调光切换信号接收端口”两部分。其中“程序模块”主要实现调光切换信号的处理与调光方式状态的确定，“调光切换信号接收端口”主要实现调光切换信号的接收。

“选择器”调光切换信号的接收方式的实现形式根据数字控制芯片本身条件灵活选择，具体可分为两种：

1)利用数字控制芯片ADC模块。参照图4，数字控制芯片利用ADC模块采样调光切换信号的电平电压并转换成AD值，再根据AD值所处的范围选择相对应的调光方式。此方式适用于数字控制芯片具备足够的AD采样口的条件。

图4中，Rext为外接电阻，通过改变Rext阻值大小以改变LEDcode节点处电压。AN1为数字控制芯片AD采样通道。“选择器”根据AN1通道采样AD值所处的范围选择相应的调光方式。考虑到电阻阻值精度问题，各调光方式所对应AD值范围需保留足够裕量。目前主流的调光方案数量不多，所以即使整合多种调光方案，通过保留足够大的裕量，能够避免误选择的问题。

2)利用数字控制芯片通信模块。参照图5，数字控制芯片接收上位机发送的各调光方式相对应的通信信号，同时，数字控制芯片利用串行通信接收用户发送的调光切换信号，根据该通信信号切换调光方式。由于通信数据的准确性，不同的数据可对应不同的调光方式。相比于利用采样方式，该方式理论上能够整合更多的调光方式。但由于使用到通信端口，在数字控制端口受限时，采用采样方式能够节省端口资源，且实现相对简单。

本发明多种调光方式整合时，除了涉及调光方式的选择问题，还涉及到调光方式的切换问题。本发明提出两种调光方式的切换模式：在线切换与离线切换。

(1)离线模式

A、离线模式的实现方式

离线模式的实现方式相较于单一调光驱动器增加了选择调光方式的过程。在利用“选择器”确定相应的调光方式状态后，各自调光方式的实现方式与单一调光驱动器相同。由于离线模式切换时需重新上电，因此此种模式更加适用于无需频繁更换调光方式的场合。

如图6所示为离线模式整合TRIAC调光，0-10V调光，DMX-512调光，DALI调光驱动器框图。“选择器”调光切换信号接收方式选择利用数字控制芯片ADC模块采样不同电压方式实现。在TRIAC调光方式中，数字控制芯片主要作用为产生TRIAC调光的使能信号。在其他调光方式中，数字控制芯片主要作用为直接参与调光。0-10V调光，DMX-512调光，DALI调光等调光方式中DC/DC功率级使用图6中LED驱动器专用控制IC。

0-10V调光，DALI调光，DMX-512调光既能采用线性调光方案，也能采用PWM调光方案。在线性调光方案时，数字控制芯片将调光控制信号经由DAC输出或者将PWM信号经滤波后输出至专用控制IC以提供驱动电流基准。在PWM调光方案时，数字控制芯片将调光控制信号转换成相应占空比的PWM信号输出至专用控制IC。在线性调光方案与PWM调光结合时，数字控制芯片选择相应算法合理分配调光信号在线性调光与PWM调光方案的比例即可。

参照图7，离线切换模式的步骤如下：

1)驱动器上电，并处于待机状态，此时驱动器的调光功能模块不工作；

2)选择器初始化，等待调光切换信号；

3)选择器接收调光切换信号，并确定相应的调光方式状态后，相应的调光方式程序并入主程序中开始执行；

4)驱动器调光功能模块开始工作。

驱动器调光功能模块工作后不再进行调光方式的切换，如需切换则需重新上电。

B、离线模式时的端口复用

离线模式时，驱动器电路中一般只会接入一种调光器，即不会同时产生多种调光信号互相干扰。因此，在此切换模式下不同调光方式所使用的端口尽可能复用，以节约数字控制芯片端口资源，降低成本。如图6中所示：

1、DALI+与DMX+复用，DALI-与DMX-复用。

2、AN1端口在0-10V调光时作为0-10V电压采样口，在DALI调光与DMX-512调光时，可作为地址选择口。

(2)在线模式

A、在线模式实现方案

如图8所示为在线模式整合0-10V调光，DMX-512调光，DALI调光驱动器框图。在线模式“选择器”的实现方式以及各调光方式的工作方式与离线模式相同。其实现的主要问题为在整个切换过程中需保证灯光亮度不变。因此涉及到灯光亮度的保存方式问题。

灯光亮度的保存方式与各调光方式中数字控制芯片所起的作用相关。在数字控制芯片能够直接参与调光功能的调光方式中，很容易实现灯光亮度调控值的保存。在数字控制芯片不能直接参与调光功能的调光方式中，需通过采样驱动电流等方式间接实现与其他调光方式的灯光亮度继承。

参照图9，在线切换模式的步骤如下：

1)驱动器上电，各模块初始化；

2)选择器初始化，先以默认调光方式和默认亮度工作；

3)选择器实时检测调光切换信号，当调光切换信号发生变化时，选择器先保存当前灯光亮度，确定并切换至目标调光方式，并在切换过程中保持灯光亮度不变；

4)禁用当前调光方式所使用的端口和模块，当前调光方式程序退出主程序；

5)目标调光方式开始工作。目标调光方式的初始亮度为已保存的切换时刻的亮度，以保证调光方式的平滑切换。

B、在线模式时的端口复用

选择在线模式时一般多种调光器同时接入驱动器电路才能体现其灵活切换调光方式的优势。此时为防止各调光器的调光信号间互相干扰，各调光方式所使用端口需独立使用。因此，调光切换模式选择在线模式时对数字控制芯片端口数量要求较高。

应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种整合多种调光方式的LED驱动器控制方法，包括数字控制芯片，其特征在于所述的数字控制芯片包括一个选择器，所述的选择器包括程序模块和调光切换信号接收端口；在所述的调光切换信号接收端口接收到调光切换信号后，所述的程序模块根据各调光方式相对应的信号，切换调光方式至与所述的调光切换信号相对应的调光方式，其在线切换模式按以下步骤进行：1)驱动器上电，各模块初始化；2)选择器初始化，先以默认调光方式和默认亮度工作；3)选择器实时检测调光切换信号，当调光切换信号发生变化时，选择器先保存当前灯光亮度，确定并切换至目标调光方式，并在切换过程中保持灯光亮度不变；4)禁用当前调光方式所使用的端口和模块，当前调光方式程序退出主程序；5)目标调光方式开始工作。

2.如权利要求1所述的一种整合多种调光方式的LED驱动器控制方法，其特征在于所述的选择器利用数字控制芯片的ADC模块接收调光切换信号，所述的ADC模块采样调光切换信号的的电平电压并转换成AD值，再根据AD值所处的范围选择相对应的调光方式。

3.如权利要求1所述的一种整合多种调光方式的LED驱动器控制方法，其特征在于所述的选择器利用数字控制芯片的通信模块接收调光切换信号，数字控制芯片接收上位机发送的各调光方式相对应的通信信号，根据通信信号切换调光方式。

4.如权利要求3所述的一种整合多种调光方式的LED驱动器控制方法，其特征在于所述的调光切换信号接收端口为数字控制芯片的串行通信接口。