CN107770893A

CN107770893A - 柔滑控制led灯光亮度的pwm供电方法

Info

Publication number: CN107770893A
Application number: CN201610666383.5A
Authority: CN
Inventors: 肖志军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-08-15
Filing date: 2016-08-15
Publication date: 2018-03-06

Abstract

本发明涉及一种柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法,包括如下步骤，设置调控电路来控制开关器件导通和截止，开关器件控制LED灯的开和关；开关器件每导通和截止各一次，被视为是一个PWM周期；将连续多个PWM周期作为一个调整周期，每一个调整周期至少包含两组各自拥有不同的脉冲宽度占空比的PWM周期，每一个调整周期作为调整LED灯调光过程中的一个调光点；多个调整周期形成了多个调光点。本发明PWM供电方法能让流过LED灯的电流很容易实现连续变化，调控电路的主频率不用很高，从而真正实现LED灯的无级调光，不会在LED灯调光过程中某一瞬间出现亮度阶跃跳变的不良现象。

Description

柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法

【技术领域】

本发明涉及用于一般电光源的电路装置,特别是涉及所述电路装置的控制,尤其是涉及控制LED驱动电路以实现柔滑调节光源亮度的方法。所述LED是英文Light EmittingDiode的缩写，中文意思是“发光二极管“。

【背景技术】

近年来，LED作为一种节能环保产品,应用越来越广泛，例如用于普通电照明、标志牌和信号灯，以及用于显示和/或告示面板和电视屏幕的背光源等等。LED驱动电路被用于为LED提供电源。

LED的特性是要求恒流驱动，LED灯驱动电路包括电隔离的恒流驱动电路和非隔离的恒流驱动电路。非隔离的恒流驱动电路其电源端和负载端并不在电位上互相隔离，但由于其电压变换效率高、成本低和产品集成度高，在小功率LED灯应用中有很大的优势。

参见图8，是一种已经使用很多年的、非隔离的DC-DC降压变换电路，也称作Buck转换电路，该图中的LED灯可以是单个LED灯珠，也可以是多个LED串联，或者是多个LED串联后再并联。所述DC-DC降压变换电路包括半导体开关器件、二极管D1、电感L1和作为负载的LED灯，所述开关器件采用场效应晶体管Q1，它们构成了最简单的直流斩波电路，用以对直流供电源V_DD实施脉冲宽度调制PWM。改变所述电路中开关器件Q1的导通时间和∕或截止时间，都能改变流过LED灯的平均电流值。截止时间和电感L1释放磁场能量有关，必须在电感L1所充入的磁场能量释放至接近零时，令场效应管Q1饱和导通，该场效应管Q1的开关损耗才比较小，这就是谷底开关模式。在图8中，在LED灯两端还并联有滤波电容C1，其作用是滤波，该滤波电容C1能让LED灯的电流纹波更小，设置滤波电容C1的电容量大，也可使流过LED灯的电流很平滑。在图8的DC-DC降压变换电路中，控制场效应管Q1导通和截止的信号是二进制的数字量，场效应管Q1开∕关的最小时间间隔受到控制其工作的集成电路或分立电路的主频率限制，不像图9的非隔离恒流驱动电路那样，依靠采样电阻R99上、正比例于流经LED灯的平均电流I的模拟电压信号V_fee反馈至比较环节，取误差值做直接控制，也就是非量化的模拟控制方式。

参见图9，现有技术非隔离恒流驱动电路基本上是，将运算放大器OA用作比较器99，将采样流经LED灯的平均电流I降落在采样电阻R99上的模拟电压V_fee，同预先设定的参考电压V_ref在所述比较器99上做减法运算，取其输出的逻辑信号H（高电平）或L（低电平）输入逻辑控制电路98做逻辑判断，并借助栅极驱动电路来控制开关器件Q1导通或截止而达到恒流的目的。这种非隔离恒流驱动电路之最大峰值电流I_P的导通时间是通过采样电阻R99来直接控制的，是连续的模拟量，这个非隔离恒流驱动电路的导通时间和逻辑控制电路98的主频率f高低关系不大。

控制电路的主频率f越高，开关器件最小导通时间和截止时间的间隔，也就是电路的PWM调制周期越短。对图8的数字控制电路来说，根据经验公式U˙T_ON=L˙I_P，其中U是输入电压V_DD和LED灯电压降的差值，单位是伏；T_ON是场效应管Q1的导通时间，单位是秒；L是电感L1的电感量，单位是亨；I_P是LED灯导通时的峰值电流，单位是安培；控制场效应管Q1的时间精度越高，也就是Q1导通和截止时间的间隔越小，则电流调节精度越高。对应来说，数字控制电路中的智能芯片之主频率f就必须越高。智能芯片的主频率f越高，通常是其耗电越多，成本也越高。根据经验公式U˙T_ON=L˙I_P，把电感量变大也可以提高电流精度，但在同样的饱和电流情况下，电感量越大，则电感的体积越大，成本也越高。

图10是场效应管Q1导通时间和截止时间同时改变，即占空比λ不变的峰值电流I_P随时间t变化的关系示意图，其时峰值电流I_P是在临界模式，该临界模式又称BCM模式，是指关闭图8的场效应管Q1，电感L1的电流由峰值到零时，立刻打开场效应管Q1的工作模式。其中0至t₁时间为1微秒，是图8中场效应管Q1的最小导通时间，最小峰值电流I_P为100毫安；t₁至t₂是图8中场效应管Q1的截止时间T_OFF；由于最小导通时间T_ON为1微秒，导通时间增加而占空比不变，则T_ON必然是以1微秒的量级阶跃增长；所以，峰值电流I_P就是以100毫安的量级阶跃增高。

图11也是导通时间和截止时间同时改变，即占空比λ不变的峰值电流I_P随时间t变化的关系示意图，其工作主频率f是图10中的4倍，最小导通时间是0.25微秒，最小峰值电流I_P的阶跃量ΔI是25毫安，其电流精度也是图10的4倍，电流的连续性好了许多。

图12是流经LED灯的平均电流I_AV随时间t变化的关系示意图。其最小导通时间T_ON为1微秒，对应最小平均电流I_AV的阶跃量ΔI_AV为50毫安。

图13也是流经LED灯的平均电流I_AV随时间t变化的关系图，其频率是图12中频率f的4倍，最小导通时间T_ON为0.25微秒，最小平均电流I_AV的阶跃量ΔI_AV为12.5毫安；其平均电流I_AV的阶跃量ΔI_AV是图12的四分之一，电流的连续性好了很多。

假设图8的电路工作在临界模式，即BCM模式，是指关闭场效应管Q1，电感L1的电流由峰值到零时，立刻打开场效应管Q1的工作模式，LED灯的电压降为80V，所用电感L1为4毫亨，控制电路中智能芯片之主频率为1兆赫，输入电压为320伏。那么根据经验公式I_AV=U˙T_ON∕2L，主频率1兆赫，则最小时间间隔是1微妙，可以算出最小平均电流I_AV为30毫安；如果图8的电路输出功率是24瓦，那么LED灯输出的平均电流就是300毫安；用临界模式来调节LED灯的电流，则电流的变化是阶跃性的，10%的电流跳变表现为明显的肉眼可见的亮度跳变。

如果周期不变，占空比λ变小，那么平均电流的变化量会小一点，但还是会有明显的肉眼可见的亮度跳变；如果导通时间不变，改变截止时间，那么平均电流的变化量还会更小一些，但是还会有肉眼可见的亮度跳变。提高数字控制电路中智能芯片的主频率，可以缩小时间间隔，那最小电流变化量会更小，以上面80伏LED灯输出电流300毫安为例，把数字控制电路中智能芯片的主频率提高到32兆赫或者更高，让最小电流变化量更小，那么大多数情况下的调整电流变化造成的亮度变化是平滑的，没有肉眼可见的跳变，但是由于电感L1和LED灯电压降之间的谐振作用，在某些电流段，还是会发生如图14那样导通时间增加最小单位，电流突然增加很多的电流跃变。在图14的时间t₁点处，导通时间由6微秒增加到7微秒，其电流增幅ΔIt₁远大于正常的电流增幅ΔI_nor；而在时间t₂点附近，电流增幅ΔI_t2要小于正常的电流增幅ΔI_nor；调光时就会有一段能连续平滑调光，来到某个点突然亮度跳变的不良现象。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法，在LED灯调光过程中,能让流过LED灯的电流很容易实现连续变化，而且调控电路的主频率不用很高，就能使LED灯的平均电流I_AV从小到大平滑过渡或者是从大到小平滑过渡，从而真正实现LED灯的无级调光，不会在LED灯调光过程中某一瞬间出现亮度阶跃跳变的不良现象。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：

一种柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法,基于包括半导体开关器件、储能电感和续流二极管的非电位隔离的降压变换电路，由调控电路控制所述开关器件导通和截止,为LED灯供电并完成调光和恒流控制；所述PWM供电方法包括如下步骤：

① 基于所述调控电路的主频率f_MAIN,所述开关器件每导通和截止各一次，被视为是一个PWM周期T_PWM，其导通时间即脉冲宽度W和截止时间即所述PWM周期T_PWM内的空余时间,分别被记作T_ON和T_OFF，并且将所述脉冲宽度W的占空比记作λ＝T_ON∕T_PWM ，显然，T_PWM＝T_ON+T_OFF;

② 由连续k个PWM周期T_PWM，其中至少包含两组各自拥有不同的所述脉冲宽度占空比λ₁和λ₂的PWM周期，它们构成所述LED灯光的一个调整周期T_ADJ＝k*T_PWM,可将其视作为调整LED灯调光过程中的一个调光点；多个调整周期T_ADJ就形成多个调光点；式中k≥2,是自然数；

③要使所述LED灯由暗柔滑变亮时，由所述调控电路200发出指令，使得所述开关器件300的导通和截止在每一个调整周期T_ADJ＝k*T_PWM内，其脉冲宽度占空比λ＝T_ON∕T_PWM至少有一次更迭，即从λ₁更迭为λ₂ ，或反之，并且使所述各占空比λ₁和/或λ₂从小逐渐增大；

④ 要使正在发光的所述LED灯由亮柔滑变暗时，仍由所述调控电路200发出指令，使得所述开关器件300的导通和截止在每一个调整周期T_ADJ＝k*T_PWM内，其脉冲宽度占空比λ＝T_ON∕T_PWM仍然至少有一次更迭，即从λ₁更迭为λ₂ ，或反之，并且使所述各占空比λ₁和/或λ₂从大逐渐减小，；而当所述各占空比λ₁和λ₂减至零时，于是流经所述LED灯的平均电流值I_AV-LED＝I_AV-ADJ＝0，此时所述LED灯熄灭，其中I_AV-ADJ表示每一个调整周期的平均电流值；

⑤ 如果不需要温柔地熄灯，可以不实施步骤 ④，由所述调控电路200发出指令，或由操作人员直接切断供电源V_DD , 所述LED灯立即熄灭。

所述LED灯包括单独的一枚LED灯珠；或者是由多枚LED灯珠串联连接而成的LED灯串；或者是由多枚LED灯珠串联连接而成LED灯串后，再由多条LED灯串相互并联连接构成的混联电路结构。

所述调控电路是数字控制终端，是可以写入微程序的集成电路，包括常用的微控制器MCU、可编程序逻辑控制器PLC、现场可编程序门阵列FPGA。

所述调控电路通过改变每一个调整周期T_ADJ＝k*T_PWM内不同PWM周期的比例，来达到改变流经所述LED灯的平均电流值。

所述调控电路通过改变每一个调整周期T_ADJ＝k*T_PWM内不同PWM周期的导通时间和/或截止时间，来达到改变流经所述LED灯的平均电流值。

为所述LED灯供电并完成调光、恒流控制的非电位隔离的降压变换电路中所使用的半导体开关器件是电力场效应晶体管。

同现有技术相比较，本发明柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法之有益效果在于：

在LED灯调光过程中,能让流过LED灯的电流很容易实现连续变化，而且调控电路的主频率不用很高，就能使LED灯的平均电流I_AV从小到大平滑过渡或者是从大到小平滑过渡，从而真正实现LED灯的无级调光，不会在LED灯调光过程中某一瞬间出现亮度阶跃跳变的不良现象。

【附图说明】

图1是本发明“柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法”优选实施例一，流经LED灯的平均电流I_AV随时间t变化关系的示意图;

图2是本发明优选实施例二，流经LED灯的平均电流I_AV随时间t变化关系的示意图;

图3是本发明优选实施例三，流经LED灯的平均电流I_AV随时间t变化关系的示意图;

图4是本发明优选实施例四，流经LED灯的平均电流I_AV随时间t变化关系的示意图;

图5是本发明流经LED灯的电流和施加在LED灯上的电压随时间t变化关系的示意图;

图6是所述柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法应用于LED灯可调光的恒流驱动电路的简明电原理方框示意图;

图7是本发明“柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法”应用于可调光LED灯串恒流驱动电路的电原理图;

图8是现有技术DC-DC非隔离降压变换电路（也叫Buck转换电路）的数字控制电原理方框示意图;

图9是现有技术LED灯DC-DC非隔离恒流驱动电路的模拟控制电原理方框示意图;

图10是现有技术LED灯调光方法之导通时间T_ON和截止时间T_OFF同步改变（占空比λ不变）的电流I与时间t的关系示意图之一;

图11是现有技术LED灯调光方法之导通时间和截止时间同步改变的电流I与时间t关系示意图之二;

图12是现有技术LED灯调光方法之导通时间和截止时间同步改变的电流与时间关系示意图之三;

图13是现有技术LED灯调光方法之导通时间和截止时间同步改变的电流与时间关系示意图之四;

图14是现有技术LED灯调光方法之导通时间和截止时间同步改变的电流与时间关系示意图之五。

【具体实施方式】

下面结合各附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1至图7,一种柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法，基于包括半导体开关器件300、储能电感L1和续流二极管D1的非电位隔离的降压变换电路，由调控电路200控制所述开关器件300导通和截止,为LED灯供电并完成调光和恒流控制；所述PWM供电方法包括如下步骤：

① 基于所述调控电路200的主频率f_MAIN ,所述开关器件300每导通和截止各一次，被视为是一个PWM周期T_PWM，其导通时间即脉冲宽度W和截止时间即所述PWM周期T_PWM内的空余时间,分别被记作T_ON和T_OFF，并且将所述脉冲宽度W的占空比记作λ＝T_ON∕T_PWM ，显然，T_PWM＝T_ON+T_OFF; PWM是英文Pulse Width Modulation的缩写，中文名称为脉冲宽度调制，简称脉宽调制；

② 由连续k个PWM周期T_PWM ，其中至少包含两组各自拥有不同的所述脉冲宽度占空比λ₁和λ₂的PWM周期，它们构成所述LED灯光的一个调整周期T_ADJ＝k*T_PWM,可将其视作为调整LED灯调光过程中的一个调光点；多个调整周期T_ADJ就形成多个调光点；式中k≥2,是自然数；

③所述LED灯由暗柔滑变亮时，由所述调控电路200发出指令，使得所述开关器件300的导通和截止在每一个调整周期T_ADJ＝k*T_PWM 内，其脉冲宽度占空比λ＝T_ON∕T_PWM至少有一次更迭，即从λ₁更迭为λ₂ ，或反之，并且使所述各占空比λ₁和/或λ₂从小逐渐增大；假如要使LED灯维持在恒流控制状态，务使在此后各调整周期T_ADJ ＝k*T_PWM 内,流经所述LED灯的平均电流值I_AV-LED＝I_AV-ADJ＝const,其中I_AV-ADJ表示每一个调整周期的平均电流值，const表示常数；

④ 要使正在发光的所述LED灯由亮柔滑变暗时，仍由所述调控电路200发出指令，使得所述开关器件300的导通和截止在每一个调整周期T_ADJ＝k*T_PWM内，其脉冲宽度占空比λ＝T_ON∕T_PWM仍然至少有一次更迭，即从λ₁更迭为λ₂，或反之，并且使所述各占空比λ₁和/或λ₂从大逐渐减小；而当所述各占空比λ₁和λ₂减至零时，于是流经所述LED灯的平均电流值I_AV-LED＝I_AV-ADJ＝0，此时所述LED灯熄灭，其中I_AV-ADJ表示每一个调整周期的平均电流值；

可以这么理解，将每一个PWM周期T_PWM作为一个小周期；将k个连续小周期（PWM周期T_PWM）作为一个大周期也就是调整周期T_ADJ，在每一个大周期（调整周期T_ADJ）中，至少有两组导通时间和/或截止时间不同的小周期（PWM周期T_PWM），即至少包含两组各自拥有不同的脉冲宽度占空比λ₁和λ₂的小周期（PWM周期T_PWM）；将每一个大周期（调整周期T_ADJ）作为LED灯调光时的一个调光点，多个大周期（调整周期T_ADJ）形成的多个调光点就形成了柔滑控制LED灯光亮度，也就使流经所述LED灯的平均电流从小逐渐到大之间平滑过渡或者是流经所述LED灯的平均电流从大逐渐到小之间平滑过渡，从而真正实现LED灯的无级调光。

所述调控电路200是数字控制终端，是可以写入微程序的集成电路，包括常用的微控制器MCU、可编程序逻辑控制器PLC、现场可编程序门阵列FPGA。MCU是英文Micro ControlUnit的缩写，中文名称为微控制单元，又称单片微计算机（Single-Chip Microcomputer）或者单片机。PLC是英文Programmable Logic Controller的缩写，中文名称为可编程逻辑控制器。FPGA（是英文Field－Programmable Gate Array的缩写，中文名称为现场可编程门阵列，简称可编程门阵列。

对本发明所述调控电路200要求不高，所述调控电路200只需要有一个A/D输入端口（即模拟/数字转换输入端口），两个普通输入端口（一个普通输入端口用来检测红外信号，另一个普通输入端口用来检测电源开关时间），一个PWM输出端口，就能实现本发明柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法的功能，因此本发明所述调控电路200的成本比较低。比如有很多8位的MCU都能达到这个要求，例如ATMEL（爱特梅尔）公司生产的型号为atmega88的MCU，中国台湾的义隆电子股份有限公司公司生产的型号为EM78P259的MCU，等等。

所述调控电路200通过改变每一个调整周期T_ADJ＝k*T_PWM内不同PWM周期的比例，来达到改变流经所述LED灯的平均电流值。

所述调控电路200通过改变每一个调整周期T_ADJ＝k*T_PWM内不同PWM周期的导通时间和/或截止时间，来达到改变流经所述LED灯的平均电流值。

为所述LED灯供电并完成调光、恒流控制的非电位隔离的降压变换电路中所使用的半导体开关器件300是电力场效应晶体管。

实施例一：

参见图1和图6, 本发明“柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法”，借助半导体开关器件300控制LED灯供电源V_DD接通和关断，为此设置调控电路200控制所述开关器件300导通和截止。将所述开关器件300每导通一次和截止一次视为一个小周期，即PWM周期T_PWM；把8个PWM周期T_PWM视作为一个大周期，即调整周期T_ADJ；小周期（PWM周期T_PWM）的占空比λ可以改变，在每一个大周期（调整周期T_ADJ）中，有两组导通时间T_ON和/或截止时间T_OFF互相不同的小周期（PWM周期T_PWM），也就是有两组各自拥有不同的脉冲宽度占空比λ₁和λ₂的小周期（PWM周期T_PWM）。本实施例中有4个小周期（PWM周期T_PWM）为低导通时间，对应的平均电流I_AV为100毫安，另4个小周期（PWM周期T_PWM）为高导通时间，对应的平均电流I_AV为110毫安；这样4个低导通时间的小周期加上另4个高导通时间的小周期组成一个大周期（调整周期T_ADJ），该大周期（调整周期T_ADJ）的平均电流I_AV就是105毫安；改变在此前和在其后俩大周期（调整周期T_ADJ）中各小周期（PWM周期T_PWM）的导通时间的比例，就可以改变流过LED灯之总的平均电流；总的平均电流不受小周期（PWM周期T_PWM）电流阶跃的影响，总的平均电流在调光过程中不会有阶跃。将每一个大周期（调整周期T_ADJ）作为LED灯调光时的一个调光点，多个大周期（调整周期T_ADJ）形成的多个调光点就能让流过LED灯的电流很容易做到连续变化，而且调控电路200的主频率不用太高。在图1中为了示意只画出了两个大周期（调整周期T_ADJ），其中从时间点0到时间点t₁为一个大周期（调整周期T_ADJ），而从时间点t₁到时间点t₂为另一个大周期（调整周期T_ADJ），实际上在整个LED灯调光过程中是有许多个大周期（调整周期T_ADJ）的。采用本发明的柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法，能让流过LED灯的电流很容易实现连续变化，而且调控电路的主频率不用很高，就能使LED灯的平均电流I_AV从小逐渐到大平滑过渡或者是从大逐渐到小平滑过渡，从而真正实现LED灯的无级调光，不会在LED灯调光过程中某一瞬间出现亮度阶跃跳变的不良现象。

实施例二：

参见图2和图6, 与实施例一不同之处是，本实施例中有6个小周期（PWM周期T_PWM）为低导通时间，对应的平均电流为100毫安；另有2个小周期（PWM周期T_PWM）为高导通时间，对应的平均电流为110毫安；这样6个低导通时间的小周期（PWM周期T_PWM）加上另2个高导通时间的小周期（PWM周期T_PWM）组成一个大周期（调整周期T_ADJ），该大周期（调整周期T_ADJ）的平均电流就为102.5毫安。在图2中为了示意也只画出了两个大周期（调整周期T_ADJ），其中从时间点0到时间点t₁为一个大周期（调整周期T_ADJ），而从时间点t₁到时间点t₂为另一个大周期（调整周期T_ADJ），实际上在整个LED灯调光过程中也是有许多个大周期（调整周期T_ADJ）的。

实施例三：

参见图3和图6, 与实施例一不同之处是，一个大周期（即调整周期T_ADJ）有12个小周期（PWM周期T_PWM）；在每一个大周期（调整周期T_ADJ）中，有三组导通时间T_ON和/或截止时间T_OFF互相不同的小周期（PWM周期T_PWM），也就是有三组各自拥有不同的脉冲宽度占空比λ₁、λ₂和λ₃的小周期（PWM周期_TPWM）。本实施例中有4个小周期（PWM周期T_PWM）为低导通时间，对应的平均电流为100毫安；另有4个小周期（PWM周期T_PWM）为中导通时间，对应的平均电流为110毫安；还有4个小周期（PWM周期T_PWM）为高导通时间，对应的平均电流为120毫安；这样4个低导通时间的小周期（PWM周期T_PWM）加上4个中导通时间的小周期（PWM周期T_PWM）再加上另4个高导通时间的小周期（PWM周期T_PWM）组成一个大周期（调整周期T_ADJ），该大周期（调整周期T_ADJ）的平均电流就为110毫安。在图3中为了示意也只画出了两个大周期（调整周期T_ADJ），其中从时间点0到时间点t₁为一个大周期（调整周期T_ADJ），而从时间点t₁到时间点t₂为另一个大周期（调整周期T_ADJ），实际上在整个LED灯调光过程中也是有许多个大周期（调整周期T_ADJ）的。

实施例四：

参见图4和图6, 与实施例三不同之处是，多了一组拥有不同的脉冲宽度占空比λ₄的小周期（PWM周期T_PWM）。也就是一个大周期（即调整周期T_ADJ）有16个小周期（PWM周期T_PWM）；在每一个大周期（调整周期T_ADJ）中，有四组各自拥有不同的脉冲宽度占空比λ₁、λ₂、λ₃和λ₄的小周期（PWM周期T_PWM）。本实施例中有4个小周期（PWM周期T_PWM）为低导通时间，对应的平均电流为100毫安；另有4个小周期（PWM周期T_PWM）为中导通时间，对应的平均电流为110毫安；还有4个小周期（PWM周期T_PWM）为高导通时间，对应的平均电流为120毫安，另还有4个小周期（PWM周期T_PWM）为高高导通时间，对应的平均电流为130毫安；这样4个低导通时间的小周期（PWM周期T_PWM）加上4个中导通时间的小周期（PWM周期T_PWM）再加上另4个高导通时间的小周期（PWM周期T_PWM）另再加上另4个高高导通时间的小周期（PWM周期T_PWM）组成一个大周期（调整周期T_ADJ），该大周期（调整周期T_ADJ）的平均电流就为115毫安。在图4中为了示意也只画出了两个大周期（调整周期T_ADJ），其中从时间点0到时间点t₁为一个大周期（调整周期T_ADJ），而从时间点t₁到时间点t₂为另一个大周期（调整周期T_ADJ），实际上在整个LED灯调光过程中也是有许多个大周期（调整周期T_ADJ）的。

本发明柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法，流过LED灯之总平均电流不受小周期（PWM周期T_PWM）电流跳变的影响，不会有跳变发生。大周期（调整周期T_ADJ）包含的小周期（PWM周期T_PWM）越多，则电流精度越高，亮度变化越平滑。假设调控电路200的主频率为1兆赫，小周期（PWM周期T_PWM）的频率为50千赫，大周期（调整周期T_ADJ）包含50个小周期（PWM周期T_PWM），这50个小周期（PWM周期T_PWM）至少有两组各自拥有不同脉冲宽度占空比λ₁和λ₂的小周期（PWM周期T_PWM），则大周期（调整周期T_ADJ）的频率为1千赫。对小周期（PWM周期T_PWM）来说，电流变化幅度很大，是由零到200毫安峰值电流，实际由于滤波电容C1的滤波作用（参见图7），电流变化幅度要小得多。小周期（PWM周期T_PWM）频率非常高，不但人眼觉察不到，一般的设备也检测不到，对人眼也没什么危害。一般人眼能感觉到低于60赫兹的频率，大周期（调整周期T_ADJ）虽然频率比较低，但也远远超过了人眼能感觉到的频率，而且其变化范围比较小，在100毫安到110毫安范围内变化，再加上滤波电容C1的滤波作用，所以对人眼也没有什么危害。

图5是本发明流经LED灯的电流和施加在LED灯上的电压随时间t变化关系的示意图,将它们画在同一坐标系中更清楚和明白，图5中的T_ON和T_OFF分别是一个PWM周期的导通时间和截止时间，I_P为最大峰值电流，I_AV为平均电流。

图6是本发明柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法应用于LED灯可调光的恒流驱动电路的简明电原理方框示意图;该柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法应用于包括开关器件300、二极管D1、电感L1和LED灯组成的DC-DC降压变换电路，LED灯为负载，该DC-DC降压变换电路也叫Buck转换电路，是非电位隔离的降压变换电路；该图6中的开关器件300为电子导电型开关器件，例如N沟道型场效应管；该具体电路的描述可以参见本申请人于2015年8月5日，申请号为201510473210.7，名称为LED灯可调光的恒流驱动方法和电路的发明专利申请，在此不再赘述；当然也可以在图6中的LED灯两端像图8一样并联一个滤波电容C1。本发明柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法应用于图6的具体电路取得了非常不错的效果；在LED灯调光过程中,能让流过LED灯的电流很容易实现连续变化，而且调控电路的主频率不用很高，就能使LED灯的平均电流I_AV从小到大平滑过渡或者是从大到小平滑过渡，从而真正实现LED灯的无级调光，不会在LED灯调光过程中某一瞬间出现亮度阶跃跳变的不良现象。

图7是本发明柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法应用于LED灯可调光的恒流驱动电路的一种具体电路示意图；在该图7中,开关器件300为N沟道型的场效应管Q2，场效应管Q2、二极管D1和电感L1组成DC-DC降压变换电路，LED灯是其负载，LED灯由多枚LED灯珠串联连接而成LED灯串，当然LED灯也可以只用单独的一枚LED灯珠，也可以是由多枚LED灯珠串联连接而成LED灯串后，再由多条LED灯串相互并联连接构成的混联电路结构；该具体电路的描述也可以参见本申请人于2015年8月5日，申请号为201510473210.7，名称为LED灯可调光的恒流驱动方法和电路的发明专利申请，对该具体电路的连接关系在此不再赘述。本发明柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法应用于图7的具体电路取得了非常不错的效果，客户反映LED灯的调光效果非常好，不会在LED灯调光过程中某一瞬间出现亮度阶跃跳变的不良现象。

图7中，微控制单元U1的第一个端口是PWM输出端口，这个PWM输出端口通过电阻R5连接到场效应管Q2的栅极，通过调整PWM的导通时间，来调整流过LED灯的平均电流。假设图7的电路工作在临界模式，即BCM模式，是指关闭场效应管Q2，电感L1的电流由峰值到零时，立刻打开场效应管Q2的工作模式，LED灯电压降为80V，所用电感L1为4毫亨，芯片微控制单元U1的主频为1MHz（1兆赫），输入交流市电为230伏，整流后的DC-DC降压变换电路的输入电压约为320伏；那么根据经验公式I_AV=U*T/2L，可以算出最小平均电流间隔为30毫安；假设输出LED灯的平均电流是300毫安，取每个大周期（调整周期T_ADJ）包含32个小周期（PWM周期T_PWM），这32个小周期（PWM周期T_PWM）至少有两组各自拥有不同脉冲宽度占空比λ₁和λ₂的小周期（PWM周期T_PWM），那最小电流调整度就小于1毫安，不到三百分之一的变化量；这样调节LED灯的亮度，人眼感觉亮度变化是很平滑的。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制;应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围;因此,凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims

1.一种柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法，基于包括半导体开关器件（300）、储能电感L1和续流二极管D1的非电位隔离的降压变换电路，由调控电路（200）控制所述开关器件（300）导通和截止,为LED灯供电并完成调光和恒流控制；所述PWM供电方法包括如下步骤：

① 基于所述调控电路（200）的主频率f_MAIN ,所述开关器件（300）每导通和截止各一次，被视为是一个PWM周期T_PWM，其导通时间即脉冲宽度W和截止时间即所述PWM周期T_PWM内的空余时间,分别被记作T_ON和T_OFF，并且将所述脉冲宽度W的占空比记作λ＝T_ON∕T_PWM ，显然，T_PWM＝T_ON+ T_OFF;

② 由连续k个PWM周期T_PWM，其中至少包含两组各自拥有不同的所述脉冲宽度占空比λ₁和λ₂的PWM周期，它们构成所述LED灯光的一个调整周期T_ADJ＝k*T_PWM,可将其视作为调整LED灯调光过程中的一个调光点；多个调整周期就形成多个调光点；式中k≥2,是自然数；

③要使所述LED灯由暗柔滑变亮时，由所述调控电路（200）发出指令，使得所述开关器件（300）的导通和截止在每一个调整周期T_ADJ＝k*T_PWM内，其脉冲宽度占空比λ＝T_ON∕T_PWM至少有一次更迭，即从λ₁更迭为λ₂，或反之，并且使所述各占空比λ₁和/或λ₂从小逐渐增大；

④ 要使正在发光的所述LED灯由亮柔滑变暗时，仍由所述调控电路（200）发出指令，使得所述开关器件（300）的导通和截止在每一个调整周期T_ADJ＝k*T_PWM内，其脉冲宽度占空比λ＝T_ON∕T_PWM仍然至少有一次更迭，即从λ₁更迭为λ₂，或反之，并且使所述各占空比λ₁和/或λ₂从大逐渐减小；而当所述各占空比λ₁和λ₂减至零时，于是流经所述LED灯的平均电流值I_AV-LED＝I_AV-ADJ＝0，此时所述LED灯熄灭，其中I_AV-ADJ表示每一个调整周期的平均电流值；

⑤ 如果不需要温柔地熄灯，可以不实施步骤④，由所述调控电路（200）发出指令，或由操作人员直接切断供电源V_DD, 所述LED灯立即熄灭。

2.根据权利要求1所述的柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法，其特征在于：

所述调控电路（200）是数字控制终端，是可以写入微程序的集成电路，包括常用的微控制器MCU、可编程序逻辑控制器PLC、现场可编程序门阵列FPGA。

4.根据权利要求1所述的柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法，其特征在于：

所述调控电路（200）通过改变每一个调整周期T_ADJ ＝k*T_PWM 内不同PWM周期的比例，来达到改变流经所述LED灯的平均电流值。

5.根据权利要求1所述的柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法，其特征在于：

所述调控电路（200）通过改变每一个调整周期T_ADJ＝k*T_PWM 内不同PWM周期的导通时间和/或截止时间，来达到改变流经所述LED灯的平均电流值。

6.根据权利要求1至5之任一项所述的柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法，其特征在于：

为所述LED灯供电并完成调光、恒流控制的非电位隔离的降压变换电路中所使用的半导体开关器件（300）是电力场效应晶体管。