CN105101540A - 用于led灯的数字调光系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种用于LED灯的数字调光系统，通过数字调光器将调光信息调制于交流电源输出的正弦波信号上生成已调信号，数模控制单元对经过滤波、整流后的已调信号进行解调获取调光信息，根据预存的控制策略获取与调光信息对应的控制信息，根据控制信息对LED发光单元中的LED灯进行调光。实现了使用数字调光器来对LED灯进行调光，基本不改变电网电压的波形，对电网的干扰小、噪音小，且调光深度及线性度效果较好。

Description

用于LED灯的数字调光系统

技术领域

本发明涉及一种LED照明技术领域，尤其涉及一种用于LED灯的数字调光系统。

背景技术

LED(LightEmittingDiode，发光二极管)是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED灯由于具有节能、环保、可光控、实用性强、稳定性高、响应时间短、长寿命等很多优点，在提倡低碳生活的今天已经广泛应用于各种照明领域。

目前可调光的LED灯采用的调光器大多是采用切相的方式，这种调光方式对电网干扰大，噪音大，并且由于电网中的电流谐波大，功率因数低，LED驱动对切相电网信号的兼容性较差，在对LED灯进行调光过程中，LED灯容易闪烁，调光深度及线性度也不理想。

发明内容

本发明提供一种用于LED灯的数字调光系统，以解决现有技术中的切相模拟调光系统对电网干扰大，LED驱动对切相电网信号的兼容性较差，在对LED灯进行调光过程中，LED灯容易闪烁，调光深度及线性度不理想的技术缺陷。

根据本发明的第一方面，提供一种用于LED灯的数字调光系统，包括：数字调光器、滤波单元、整流单元、数模控制单元和LED发光单元，所述数字调光器与交流电源连接，所述滤波单元分别与所述数字调光器和所述整流单元连接，所述数模控制单元分别与所述整流单元和所述LED发光单元连接；其中，

所述数字调光器，用于将调光信息调制于所述交流电源输出的正弦波信号上生成已调信号；

所述滤波单元，用于对所述已调信号进行滤波处理；

所述整流单元，用于对滤波后的已调信号进行整流处理；

所述数模控制单元，用于对整流后的已调信号进行解调获取所述调光信息，根据预存的控制策略获取与所述调光信息对应的控制信息，并根据所述控制信息对所述LED发光单元中的LED灯进行调光。

本发明实施例提供的用于LED灯的数字调光系统，通过数字调光器将调光信息调制于交流电源输出的正弦波信号上生成已调信号，数模控制单元对经过滤波、整流后的已调信号进行解调获取调光信息，根据预存的控制策略获取与调光信息对应的控制信息，根据控制信息对LED发光单元中的LED灯进行调光。实现了使用数字调光器来对LED灯进行调光，基本不改变电网电压的波形，对电网的干扰小、噪音小，且调光深度及线性度效果较好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种用于LED灯的数字调光系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种数字调光器的调制方式示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种数字调光器的调制方式示意图；

图4为本发明实施例提供的又一种数字调光器的调制方式示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种用于LED灯的数字调光系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种用于LED灯的数字调光系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：数字调光器1、滤波单元2、整流单元3、数模控制单元4和LED发光单元5，

其中，数字调光器1与交流电源6连接，滤波单元2分别与数字调光器1和整流单元3连接，数模控制单元4分别与整流单元3和LED发光单元5连接；其中，

数字调光器1，用于将调光信息调制于交流电源6输出的正弦波信号上生成已调信号；

滤波单元2，用于对已调信号进行滤波处理；

整流单元3，用于对滤波后的已调信号进行整流处理；

数模控制单元4，用于对整流后的已调信号进行解调获取调光信息，根据预存的控制策略获取与调光信息对应的控制信息，并根据控制信息对LED发光单元中的LED灯进行调光。

具体地，数字调光器1接收来自交流电源6的正弦波信号，将预先获取的调光信息调制于该正弦波信号上生成已调信号。其中，调光信息可以是预先存储在数字调光器1中，也可以数字调光器1实时从控制中心获取调光信息。需要说明的是，调光信息的具体内容根据预先协议好的调光规范来表示，调光规范具体包括：用于表示不同调光信息的数字组，每组数字的比特数可以根据实际需要进行设定，例如：5位、8位或16位。

数字调光器1可以根据实际应用需要，选择合适的调制方式将调光信息调制于该正弦波信号上生成已调信号。在每个正弦波信号上调制的比特数是根据所选择的调制方式设定的。当每个正弦波信号上可以调制的比特数为M时，M大于等于1，若调光信息的比特数总共为N，则所需要调制的正弦波信号的数量为[N/M]个。举例说明：预设一组调光信息为16位数字信号，预设在每个电网周期发送的正弦波信号上调制2位数字信号，则总共需要对8个电网周期发送的8个正弦波信号分别进行调制，才能完成一次数字调光。

数字调光器1将生成的已调信号发送给滤波单元2，滤波单元2对已调信号进行滤波处理，并将经过滤波处理后的信号发送给整流单元3，整流单元3对滤波后的已调信号进行整流处理，并发送给数模控制单元4。

数模控制单元4中预先存储有设定好的控制策略，控制策略包括：调光信息和控制信息的对应关系。调光信息中具体的数字信号所代表的信息是预先协商好的，例如：调光信息“1001”表示调亮LED发光单元5中的LED灯；调光信息“0110”表示调暗LED发光单元5中的LED灯。数模控制单元4对接收到的已调信号进行解调获取调光信息，根据获取的调光信息查询预设的控制策略获取对应的控制信息，并根据对LED发光单元5中的LED灯进行调光。

数模控制单元4中预先存储有设定好的控制策略，控制策略包括：调光信息和控制信息的对应关系。

具体来说，当数模控制单元4接收用于调亮LED灯的调光信息时，则根据获取的控制信息控制增加LED发光单元5的输入电流，从而调亮LED灯；当接收用于调暗LED灯的调光信息时，则根据获取的控制信息控制减少LED发光单元5的输入电流，从而调暗LED灯。

数模控制单元4根据调光信息增加或者减小LED发光单元5的输入电流的方式有很多，可以根据实际的应用需要进行选择，本实施例对此不做限制。比如：通过脉冲宽度调制方式调控LED发光单元5的输入电流、通过变压器方式调控LED发光单元5的输入电流等等。并且，进一步来说，针对同一种调控方式，也可以调控不同的设备参数来调控LED发光单元5的输入电流，举例来说，当采用脉冲宽度调制PWM方式调控LED发光单元5的输入电流时，可以通过控制脉冲宽度调制信号的频率来调控LED发光单元5的输入电流，也可以通过控制脉冲宽度调制信号的幅度来调控LED发光单元5的输入电流。因此，针对上述多种控制方式，在控制策略中与调光信息对应的控制信息包括：控制方式和控制参数，举例说明：控制方式为：PWM控制方式，控制参数为：PWM信号的频率。

需要注意的是，当数字调光器1将调光信息调制到多个正弦波信号上，比如：将一组调光信息为8位数字信号，调制在2个正弦波信号上进行发送，数模控制单元4中的控制策略中预设的控制信息包括与每个正弦波信号的4位调光数字信号对应的控制信息，数模控制单元4需要根据与两个正弦波信号上的调光信息对应的控制信息，对LED发光单元5的输入电流进行两次调控才能完成调光。

本实施例提供的用于LED灯的数字调光系统，通过数字调光器将调光信息调制于交流电源输出的正弦波信号上生成已调信号，数模控制单元对经过滤波、整流后的已调信号进行解调获取调光信息，根据预存的控制策略获取与调光信息对应的控制信息，根据控制信息对LED发光单元中的LED灯进行调光。实现了使用数字调光器来对LED灯进行调光，基本不改变电网电压的波形，对电网的干扰小、噪音小，且调光深度及线性度效果较好。

针对图1所示实施例中的数字调光器1，可以根据实际应用需要选择合适的调制方式将调光信息调制于该正弦波信号上生成已调信号。为了更加清楚的说明调制过程，通过图2-图4的调制方式举例说明如下：

图2为本发明实施例提供的一种数字调光器的调制方式示意图，本示例中的数字调光器应用切相调制的方式将调光信息调制于正弦波信号上生成已调信号，参见图2，具体说明如下：

数字调光器1对来自交流电源6的正弦波信号的每半个周期进行切相来传递数字调光信息，若调光信息为0，则所切除的相位属于预设的第一区间，若调光信息为1，则所切除的相位属于预设的第二区间，其中，所述第二区间大于所述第一区间。需要说明的是，第一区间和第二区间中预设的切除相位的值很小，这样对电网的干扰较小。参见图2，举例来说：

若调光信息为0，第一区间为0至3度，即所切除的相位用0至3度表示；若调光信息为1，第二区间为3至6度，即所切除的相位用3至6度表示。由此可见，若要将调光信息“1001”调制到正弦波信号中，如图2所示，在第0.5周期的时刻，要调制的数字信号为“1”，则切除的相位为3，在第1周期的时刻，要调制的数字信号为“0”，则切除的相位为0，在第1.5周期的时刻，要调制的数字信号为“0”，则切除的相位为0，在第2周期的时刻，要调制的数字信号为“1”，则切除的相位为6。从而将调光信息“1001”调制到正弦波信号中。

需要注意的是，图2所示实施例中以在每个电网周期发送的正弦波信号上调制2位数字信号为例，因此，调光信息“1001”总共需要对2个电网周期发送的2个正弦波信号分别进行调制，才能完成一次数字调光。

图3为本发明实施例提供的另一种数字调光器的调制方式示意图，本示例中的数字调光器应用电平调制的方式将调光信息调制于正弦波信号上生成已调信号，参见图3，具体说明如下：

数字调光器1对来自交流电源6的正弦波信号的过零点加入电平信号来传递数字调光信息，若调光信息为0，对正弦波信号的过零点不加入电平信号，若调光信息为1，对正弦波信号的过零点加入电平信号。或者，若调光信息为1，对正弦波信号的过零点不加入电平信号，若调光信息为0，对正弦波信号的过零点加入电平信号。由于电平信号产生的谐波影响较小，这样对电网的干扰较小。参见图3，举例来说：

若调光信息为0，对正弦波信号的过零点不加入电平信号，若调光信息为1，对正弦波信号的过零点加入电平信号。由此可见，若要将调光信息“1001”调制到正弦波信号中，如图3所示，在第0.5周期的过零点时刻，要调制的数字信号为“1”，则加入电平信号，在第1周期的过零点时刻，要调制的数字信号为“0”，则不加入电平信号，在第1.5周期的过零点时刻，要调制的数字信号为“0”，则不加入电平信号，在第2周期的过零点时刻，要调制的数字信号为“1”，则加入电平信号。从而将调光信息“1001”调制到正弦波信号中。

需要注意的是，图3所示实施例中以在每个电网周期发送的正弦波信号上调制2位数字信号为例，因此，调光信息“1001”总共需要对2个电网周期发送的2个正弦波信号分别进行调制，才能完成一次数字调光。

图4为本发明实施例提供的另一种数字调光器的调制方式示意图，本示例中的数字调光器应用编码调制的方式将调光信息调制于正弦波信号上生成已调信号，参见图4，具体说明如下：

数字调光器1对来自交流电源6的正弦波信号的过零点前调制一组编码信号来传递数字调光信息，对于一个电网周期产生的正弦波信号中，每半个周期的过零点所调制的调光信息的内容根据所应用的编码方式而定。由于编码信号产生的谐波影响较小，这样对电网的干扰较小。参见图4，以曼彻斯特码为例说明如下：

每半个周期过零点调制的曼彻斯特编码表示2位数字调光信息，因此，若要将调光信息“0110”调制到正弦波信号中，如图4所示，在第0.5周期的过零点时刻，要调制的数字信号为“01”，则加入曼彻斯特编码信号，在第1周期的过零点时刻，要调制的数字信号为“10”，则加入曼彻斯特编码信号。

需要注意的是，图4所示实施例中以在每个电网周期发送的正弦波信号上调制4位数字信号为例，因此，调光信息“0110”总共需要对1个电网周期发送的1个正弦波信号进行调制，即完成一次数字调光。

图5为本发明实施例提供的另一种用于LED灯的数字调光系统的结构示意图，本实施例提供一种采用控制PWM信号对LED灯进行调控的方式。图5所示，基于图1所示实施例，该数模控制单元4包括：解调处理芯片41、PWM芯片42和主电路43，其中，需要说明的是，主电路43的具体电路形式可以根据实际应用需要进行设置，图5所示的主电路43只是一种优选的实施方式，图5所示的主电路43具体包括：开关管Q1和变压器T1，以及其他一些电容、电阻等元器件。

解调处理芯片41分别与整流单元3和PWM芯片42连接，主电路43分别与PWM芯片42和LED发光单元5连接，其中，

解调处理芯片41，用于对整流后的已调信号进行解调获取调光信息，根据预存的控制策略获取与所述调光信息对应的控制信息，并根据控制信息调整所述PWM芯片42输出的PWM信号；

所述主电路43，用于根据所述PWM信号调整所述LED发光单元5的输入电流，对LED灯进行调光。

具体来说，在控制策略中与调光信息对应的控制信息包括：控制方式和控制参数，本实施例中的控制方式为PWM控制方式，控制参数为：PWM信号的频率或者PWM信号的占空比，不同的控制参数，对应不同的实施方式，下面具体说明：

控制参数一：以控制参数为PWM信号的占空比具体说明：

情况一：根据PWM信号的占空比调亮LED灯

当解调处理芯片41对接收到的已调信号进行解调获取调光信息时，若获知调光信息表示调亮LED灯的调光信息，对应的控制信息为提高PWM信号的占空比；

解调处理芯片41根据控制信息提高PWM芯片42输出的PWM信号的占空比，主电路43根据PWM信号的占空比提高，来控制开关管Q1。由于PWM信号的占空比提高，则开关管Q1的导通时间变长，开关管Q1的输出功率增大，即平均电流增大，从而变压器T1的输入电流增大，变压器T1的输出电流增大，进而增加LED发光单元5的输入电流，调亮LED灯。

情况二：根据PWM信号的占空比调暗LED灯

当解调处理芯片41对接收到的已调信号进行解调获取调光信息时，若获知调光信息表示调暗LED灯的调光信息，对应的控制信息为减小PWM信号的占空比；

解调处理芯片41根据控制信息减小PWM芯片42输出的PWM信号的占空比，主电路43根据PWM信号的占空比减小，来控制开关管Q1。由于PWM信号的占空比减小，则开关管Q1的导通时间变小，开关管Q1的输出功率减小，即平均电流减小，从而变压器T1的输入电流减小，变压器T1的输出电流减小，进而减小LED发光单元5的输入电流，调暗LED灯。

控制参数二：以控制参数为PWM信号的频率具体说明：

情况一：根据PWM信号的频率调亮LED灯

当解调处理芯片41对接收到的已调信号进行解调获取调光信息时，若获知调光信息表示调亮LED灯的调光信息，对应的控制信息为提高PWM信号的频率；

解调处理芯片41根据控制信息提高PWM芯片42输出的PWM信号的频率，主电路43根据PWM信号的频率提高，来控制开关管Q1。由于PWM信号的频率提高，则开关管Q1的导通时间变长，开关管Q1的输出功率增大，即平均电流增大，从而变压器T1的输入电流增大，变压器T1的输出电流增大，进而增加LED发光单元5的输入电流，调亮LED灯。

情况二：根据PWM信号的频率调暗LED灯

当解调处理芯片41对接收到的已调信号进行解调获取调光信息时，若获知调光信息表示调暗LED灯的调光信息，对应的控制信息为减小PWM信号的频率；

解调处理芯片41根据控制信息减小PWM芯片42输出的PWM信号的频率，主电路43根据PWM信号的频率减小，来控制开关管Q1。由于PWM信号的频率减小，则开关管Q1的导通时间变小，开关管Q1的输出功率减小，即平均电流减小，从而变压器T1的输入电流减小，变压器T1的输出电流减小，进而减小LED发光单元5的输入电流，调暗LED灯。

需要注意的是，该控制信息还可以进一步地包括调亮LED灯或调暗LED灯多少亮度的信息，调亮LED灯或调暗LED灯多少亮度的信息取决于解调处理芯片41接收了多少组相同的已调信号。对于每接收一组已调信号，增加多少占空比或减小多少占空比可以根据应用场景及LED灯的参数进行预先设定，例如解调处理芯片41接收了2组调亮LED灯的数字调光信号，则可以根据预先设定的多组数字调光信号相应的占空比的函数关系，来确定当接收到2组调亮LED灯的数字调光信号时，对占空比调整的幅度。

本实施例提供的用于LED灯的数字调光系统，通过数字调光器将调光信息调制于交流电源输出的正弦波信号上生成已调信号，数模控制单元对经过滤波、整流后的已调信号进行解调获取调光信息，根据预存的控制策略获取与调光信息对应的PWM信号的控制信息，根据控制信息对PWM信号进行调整，从而改变LED发光单元的输入电流，以对LED灯进行调光。实现了使用数字调光器来对LED灯进行调光，基本不改变电网电压的波形，对电网的干扰小、噪音小，且调光深度及线性度效果较好。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于LED灯的数字调光系统，包括：数字调光器、滤波单元、整流单元、数模控制单元和LED发光单元，所述数字调光器与交流电源连接，所述滤波单元分别与所述数字调光器和所述整流单元连接，所述数模控制单元分别与所述整流单元和所述LED发光单元连接；其中，

所述数字调光器，用于将调光信息调制于所述交流电源输出的正弦波信号上生成已调信号；

所述滤波单元，用于对所述已调信号进行滤波处理；

所述整流单元，用于对滤波后的已调信号进行整流处理；

所述数模控制单元，用于对整流后的已调信号进行解调获取所述调光信息，根据预存的控制策略获取与所述调光信息对应的控制信息，并根据所述控制信息对所述LED发光单元中的LED灯进行调光。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字调光器，具体用于：

若在每个正弦波信号上可以调制的比特数为M，M大于等于1，则将待调制的N比特调光信息调制于[N/M]个正弦波信号上。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字调光器，具体用于：

对正弦波信号的每半个周期进行切相，若调光信息为0，则所切除的相位属于预设的第一区间，若调光信息为1，则所切除的相位属于预设的第二区间，其中，所述第二区间大于所述第一区间。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字调光器，具体用于：

若调光信息为0，对正弦波信号的过零点不加入电平信号，若调光信息为1，对正弦波信号的过零点加入电平信号。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字调光器，具体用于：

将调光信息转换为曼彻斯特编码加入到所述正弦波信号中。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数模控制单元包括：解调处理芯片、PWM芯片和主电路，所述解调处理芯片分别与所述整流单元和所述PWM芯片连接，所述主电路分别与所述PWM芯片和所述LED发光单元连接，其中，

所述解调处理芯片，用于对整流后的已调信号进行解调获取所述调光信息，根据预存的控制策略获取与所述调光信息对应的控制信息，并根据所述控制信息调整所述PWM芯片输出的PWM信号；

所述主电路，用于根据所述PWM信号调整所述LED发光单元的输入电流，对LED灯进行调光。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述解调处理芯片，具体用于根据所述控制信息提高所述PWM信号的占空比；

所述主电路，具体用于根据所述PWM信号的占空比提高，增加所述LED发光单元的输入电流，调亮所述LED灯。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述解调处理芯片，具体用于根据所述控制信息降低所述PWM信号的占空比；

所述主电路，具体用于根据所述PWM信号的占空比降低，减小所述LED发光单元的输入电流，调暗所述LED灯。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述解调处理芯片，具体用于根据所述控制信息提高所述PWM信号的频率；

所述主电路，具体用于根据所述PWM信号的频率提高，增加所述LED发光单元的输入电流，调亮所述LED灯。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述解调处理芯片，具体用于根据所述控制信息降低所述PWM信号的频率；

所述主电路，具体用于根据所述PWM信号的频率降低，减小所述LED发光单元的输入电流，调暗所述LED灯。