CN105898957A - 一种通过可变频率pwm改善led调光性能的方法 - Google Patents
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Abstract
一种通过可变频率PWM改善LED调光性能的方法。在LED灯具中，可以使用单片机及嵌入式软件通过PWM和恒流驱动芯片来控制灯具亮度。PWM频率乘以调光精度必须小于等于单片机主频，现有方法采用固定的PWM频率和调光精度，存在不足之处，在高亮度时有频闪，肉眼可察觉且会在数码影像设备上留下明显的亮暗交错条纹；在低亮度变化时由于精度不够，会产生可察觉的亮度波动。本发明在调光时根据灯具亮度来改变PWM频率和调光精度以改善以上不足。在高亮度时候，使用高频率PWM和低调光精度；在低亮度的时候，使用低频率PWM和高调光精度。同时，PWM频率和调光精度实行平滑变化。同时达到LED照明高亮度无频闪，低亮度调整平滑，无亮度抖动的要求。
Description
技术领域
本发明涉及照明领域，特别涉及利用单片机技术和嵌入式软件技术控制LED灯具的系统。
背景技术
随着LED价格的下降和性能的提升，LED灯具的应用越来越普遍。使用单片机及嵌入式软件通过PWM和恒流驱动芯片来控制LED灯具亮度的方式也逐渐得到推广。但是由于通常单片机的运行频率收到限制，而采用的PWM频率和调光精度受限于单片机的运行频率，即PWM频率乘以调光精度必须小于等于单片机运行频率。因此现有的使用单片机通过PWM和恒流驱动芯片来控制LED灯具亮度的系统存在以下不足，首先是在灯具高亮度时存在频闪，肉眼可察觉并且会在数码影像设备上留下明显的亮暗交错条纹；其次是在低亮度变化时由于精度不够，会产生可察觉的亮度波动，影响亮度调整效果。
例如，采用16Mhz频率的单片机时，可以采用不同的PWM频率和调光精度组合。一种是使用500hz的PWM频率，配合32K级的调光精度，这种组合下，低亮度时LED亮度变化很平滑，没有可察觉的亮度波动，但是在高亮度是会有肉眼可察觉的频闪现象，并且使用数码相机拍照时会在照片上留下亮暗交错条纹。或者是使用4Khz的PWM频率，配合4k级的调光精度，在这种组合下，高亮度时已经没有可察觉的频闪，使用数码相机拍照时也不会留下亮暗交错条纹，但是在低亮度时，亮度变化不平滑，会有可察觉的亮度波动。
发明内容
本发明的目的是在继续使用单片机和嵌入式软件的情况下，通过PWM和恒流驱动芯片来控制LED灯具亮度，在调整亮度的时候，根据亮度来改变PWM频率。在高亮度时候，使用高频率PWM和低调光精度；在低亮度的时候，使用低频率PWM和高调光精度。
通过对多种照明场景的需求分析，以及对人眼对亮度变化的敏感情况和数码影像设备的分析。我们发现，人眼在低亮度的时候对亮度变化比较敏感但对频闪不敏感，在高亮度时对频闪敏感但对亮度变化较为不敏感。而通常在高亮度照明的时候影像拍摄需求比较多，而低亮度的时候影像拍摄需求比较少。因此，采用可变频率的PWM和调光精度，来控制LED灯具的亮度，是可行并且满足实际需要的，能够改善现有LED灯具亮度控制方式的缺陷，提升LED灯具的控制性能。
同时，为避免PWM频率和调光精度突变给LED灯具亮度造成影响，PWM频率和调光精度的调整需要平滑变化。以16Mhz频率的单片机为例，在输出亮度小于等于30％时，采用500hzPWM频率和32K级的调光精度。在输出亮度大于等于50％时，采用4KhzPWM频率和4K级的调光精度。在亮度输出为30％到50％区间时，PWM频率从500hz到4Khz之间平滑变化过渡，同时调光精度从64K级到4K级之间平滑过渡。实际采用的PWM频率、调光精度及其变化区间可以根据实际采用的单片机和LED灯泡灯珠进行调整。PWM频率、调光精度和亮度关系请参见图1。
具体实施方式
具体实施方式请参见图2。其中，其中，1是输入的亮度信号，2是PWM信号，3是输出控制LED的电流，4、MCU是控制单片机，5、DRV是恒流驱动芯片，6是LED灯泡灯珠。
单片机从1接收当前灯泡的亮度输出等级，根据该亮度等级和PWM频率、调光精度与亮度的关系，选择PWM输出的频率和调光精度，通过2输出调光PWM信号给恒流驱动芯片，恒流驱动芯片根据PWM信号改变3的输出电流，从而控制6LED灯泡灯珠的亮度等级。
附图说明
图1：PWM频率、调光精度和亮度关系图，其中横坐标为亮度输出功率，左侧纵坐标为PWM频率，右侧纵坐标为调光精度，实线为PWM频率曲线，虚线为调光精度曲线。
图2：实施方式示意图。其中，1是输入的亮度信号，2是PWM信号，3是输出控制LED的电流，4、MCU是控制单片机，5、DRV是恒流驱动芯片，6是LED灯泡灯珠。
Claims (2)
1.一种通过可变频率PWM改善LED调光性能的方法，使用PWM控制LED亮度时，在高亮度范围使用高频率PWM和低调光精度；在低亮度范围使用低频率PWM和高调光精度，以提供LED调光性能和体验。
2.根据权利要求1所述，为避免PWM频率和调光精度突变对LED调光性能的影响，需要对PWM频率和调光精度进行平滑变化过渡。
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