CN108076565A - 一种可调光led装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种可调光LED装置及方法，LED芯片包括第一LED芯片和第二LED芯片，第一LED芯片相互串联形成第一灯串，第二芯片相片相互串联形成第二灯串，装置的第一输入端与第一灯串的输入端连接，装置的第二输入端与第二灯串的输入端连接，第一灯串与第二灯串的极性相反，相邻第一LED芯片之间通过连接线串联，相邻第二LED芯片之间通过所述连接线串联。采用异步双向脉宽调制驱动控制，即在同一串联电路中，同一时间区间内，加载两个方向相反的脉动驱动电流，达到两种色温混合实现调色温的目的；该电路结构采用双电极，外部接线简单、易组装的优点。
Description
技术领域
本发明涉及LED照明领域，尤其是一种可调光LED装置及控制方法。
背景技术
传统的LED灯丝不可调光，该种灯丝采用双电极结构，而且LED芯片相互串联。该种LED灯丝虽然体积小、外部接线简洁、便于组装，当时其不可调光，很大程度限制了其应用范围。为实现可调光，现有技术出现可调光灯丝，如中国专利公开号为201310383732.9的一种可调光 LED 灯丝，包括透明基板及固定在透明 基板上的多排 LED芯片阵列，透明基板的材质为玻璃或透明陶瓷，每排LED芯片阵列包括多个LED芯片，每排 LED 芯片阵列中的多个LED芯片由金线串联连接；多排 LED 芯 片阵列中的 LED 芯片表面均设有荧光粉胶层，其中，多排 LED 芯片阵列中任意两排 LED芯片阵列设置的荧光粉胶层内荧光粉成分异同，即在荧光粉胶层内添加的荧光粉的成分不同来实现不同的颜色。该种可调光LED灯丝可实现调光的功能，但是其采用四电极，多灯串方式，无疑增大灯丝的体积，而且外部接线复杂，组装难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可调光LED装置及控制方法，可实现调光功能，而且外部接线简单，组装简单。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种可调光LED装置，包括基板和设置在基板上的LED芯片，所述LED芯片包括第一LED芯片和第二LED芯片，第一LED芯片与第二LED芯片间隔设置，第一LED芯片相互串联形成第一灯串，第二芯片相片相互串联形成第二灯串，装置的第一输入端与第一灯串的输入端连接，装置的第二输入端与第二灯串的输入端连接，第一灯串与第二灯串的极性相反，相邻第一LED芯片之间通过连接线串联，相邻第二LED芯片之间通过所述连接线串联。
作为改进，第一LED芯片与第二LED芯片分别与荧光胶配合形成不同色温光源进行混光；或者第一LED芯片与第二LED芯片为不同颜色的芯片进行混光。
作为改进，所述基板为双面基板，LED芯片分布在基板的两面。
作为改进，第一输入端和第二输入端分别设在基板的两端。
作为改进，所述装置还包括包裹基板和LED芯片的扩散胶。
作为改进，所述装置的第一输入端和第二输入端通入交流电。
作为改进，所述可调光LED装置还包括极性反转电路，包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、MOS管Q5、MOS管Q6、MOS管Q7和MOS管Q8；三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3和三极管Q4的发射极分别与电源UIC连接，MOS管Q5和MOS管Q7的漏极分别与电源ULED连接；三极管Q1的基极与控制端P0连接，三极管Q2的基极与控制端P1连接，三极管Q3的基极与控制端P2连接，三极管Q4的基极与控制端P3连接；三极管Q1的集电极与MOS管Q5的栅极连接，三极管Q2的集电极与MOS管Q6的栅极连接，三极管Q3的集电极与MOS管Q7的栅极连接，三极管Q4的集电极与MOS管Q8的栅极连接；MOS管Q5的源极通过二极管D1和二极管D2与MOS管Q6的漏极连接，MOS管Q5的源极接地；MOS管Q7的源极通过二极管D3和二极管D4与MOS管Q8的漏极连接，MOS管Q8的源极接地；第一灯串的输入端COM1连接在二极管D1与二极管D2之间，第二灯串的输入端COM2连接在二极管D3与二极管D4之间。
为解决上述技术问题，本发明另一技术方案是：一种可调光LED装置的控制方法，包括：
色温调节方法： t1时间内第一灯串得电工作，而第二灯串处于截止； t2时间内第二灯串得电工作，而第一灯串处于截止；调节t1/t2的比值可以调节灯的色温；
光通量调节方法：周期T1为装置发光时间，周期T2为装置不发光时间，T1=t1+t2，T2=1/f-T1，f为光输出频率，调节T1/T2的比值可以调节灯输出的光通量大小。
作为改进，装置工作时接入交流电，第一灯串得电工作，而第二灯串处于截止；第二灯串得电工作，而第一灯串处于截止。
作为改进，所述第一灯串和第二灯串采用双向异步脉冲进行驱动，脉冲周期T1+T2小于50ms。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：
利用二极管正向导通，反向截止的特性，两具有不同色温或不同颜色的灯串通过线路连接，在同一串联电路中，同一时间区间内，加载两个方向相反的脉动驱动电流，达到两种色温混合实现调色温的目的；该电路结构采用双电极，具有体积小、外部接线简单、易组装的优点。
附图说明
图1为可调光LED装置芯片连接电路图。
图2为可调光LED装置结构示意图。
图3A为第一LED芯片和第二LED芯片导通周期图。
图3B传统LED芯片导通周期示意图。
图4为本发明LED灯丝光通量与时间对应关系图。
图5为可调光LED装置具体电路图。
图6为可调光LED装置具体导通周期图。
图7为可调光LED装置控制主电路流程图。
图8为混色混光计算子程序流程图。
图9为双向脉宽调制子程序流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图2所示，一种可调光LED装置，即一种LED灯丝，包括基板6、设置在基板6上的LED芯片和设在基板6两端的输入端电极。所述基板6为双面基板6，LED芯片分布在基板6的两面，实现LED灯丝360°全周发光。所述LED芯片包括用于形成第一种色温的第一LED芯片1和用于形成第二种色温的第二LED芯片2，本实施例中，第一种色温为暖白2700K，第二种色温为冷白6500K，两种光源实现混合调节色温；另外，LED灯丝中的第一LED芯片和第二LED芯片可以是采用不同颜色的芯片，从而实现不同颜色的芯片进行混光。第一LED芯片1与第二LED芯片2间隔设置，可提高混光的均匀度；为进一步提高混光均匀度，所述灯丝还包括包裹基板6和LED芯片的扩散胶7，第一LED芯片1和第二LED芯片2的出光经过扩散胶7打散混合。
如图1所示，按连接顺序从前外后，相邻第一LED芯片1和第二LED芯片2两两为一组形成混光单元8，每组混光单元8中，第一LED芯片1的阴极与第二LED芯片2的阳极连接，第二LED芯片2的阴极与第一LED芯片1的阳极连接；第一LED芯片1的阴极通过连接线与相邻混光单元8的第一LED芯片1的阳极连接；第一组的混光单元8的第一LED芯片1的阳极与第一输入端4连接，最后一组混光单元8的第二LED芯片2的阳极与第二输入端5连接。上述电路结构使第一LED芯片1相互串联形成第一灯串，第二芯片相片相互串联形成第二灯串，灯丝的第一输入端4与第一灯串的输入端连接，灯丝的第二输入端5与第二灯串的输入端连接，第一灯串与第二灯串的极性相反，相邻第一LED芯片1之间通过连接线串联，相邻第二LED芯片2之间通过所述连接线串联。
如图5所示，本发明具体LED灯丝电路图，其LED芯片采用极性反转电流进行驱动，其中COM1和COM2是灯丝的两个输入端，P0-P3是芯片的四个IO口，由于IO电流小，时间通过单片机的计数器或计时器实现该电路具有响应时间短，且能产生双向异步脉宽调制，瞬时切换电流方向；LED灯丝中的芯片包括第一LED芯片L1~L3和第二LED芯片L1’~L3’。所述极性反转电路包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、MOS管Q5、MOS管Q6、MOS管Q7和MOS管Q8；三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3和三极管Q4的发射极分别与电源UIC连接，MOS管Q5和MOS管Q7的漏极分别与电源ULED连接；三极管Q1的基极与控制端P0连接，三极管Q2的基极与控制端P1连接，三极管Q3的基极与控制端P2连接，三极管Q4的基极与控制端P3连接；三极管Q1的集电极与MOS管Q5的栅极连接，三极管Q2的集电极与MOS管Q6的栅极连接，三极管Q3的集电极与MOS管Q7的栅极连接，三极管Q4的集电极与MOS管Q8的栅极连接；MOS管Q5的源极通过二极管D1和二极管D2与MOS管Q6的漏极连接，MOS管Q5的源极接地；MOS管Q7的源极通过二极管D3和二极管D4与MOS管Q8的漏极连接，MOS管Q8的源极接地；第一灯串的输入端COM1连接在二极管D1与二极管D2之间，第二灯串的输入端COM2连接在二极管D3与二极管D4之间。如图6所示，LED灯丝具体电路中，第一LED芯片L1~L3和第二LED芯片L1’~L3’的具体导通时序表格如下，
如图3A所示，本发明LED灯丝采用异步双向脉宽调制驱动控制，即在同一串联电路中，同一时间区间内，加载两个方向相反的脉动驱动电流。另外，本发明LED灯丝电路可以接入交流电，利用交流电的正负周期分别驱动第一LED芯片和第二LED芯片，为了实现调光的目的，可以利用可控硅控制交流电正负半周期的导通时间。
对于第一LED芯片和第二LED芯片形成不同色温的可调光LED装置，IF1、IF2该两个电流分别置于时间轴T的上下两个区间，其脉冲时间分别为：
IF1：表示2700K白光LED驱动电流；
IF2：表示6500K白光LED驱动电流；
t1：表示IF1瞬时开启时间，0≤t1≤T1；
t2：表示IF2瞬时开启时间，0≤ t2≤T1；
T1：表示IF1、IF2累计开启时间，T1=t1+t2；
T2：表示IF1、IF2累计关闭时间， T2=1/f-T1(f为光输出频率，一般f≥20Hz)；
ta为脉冲关断时间。
IF1、IF2均由连续脉冲组成，脉冲宽度t1、t2和脉冲周期（T1+T2）均根据混光原理计算输出而获得。且由于人眼的视觉暂留时间约0.05s～0.2s，为了光输出视觉感受更稳定、更舒适，脉冲周期一般设定为小于50ms。
图3A中的本发明分时控制方式，IF1和IF2作用于同一电路的不同方向上，其各自的累积量与独立电路的情况，如图3B现有技术中采用两种不同脉冲实现控制方式，根据面积等效理论，也就是冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，图3A与图3B中，IF1与IF1´的效果是一样的，IF2与IF2´效果也是一样的。
本方法工作细节描述如下，t1为IF1开启时间，此时，第一灯串得电工作，而第二灯串处于截止；t2为IF2开启时间，此时，第二灯串得电工作，而第一灯串处于截止。T2为IF1、IF2同时关闭时间，此时，第一灯串、第二灯串全部截止。
由格拉斯曼混光原理计算2700K和6500K的混光比例，并分别赋值给t1和t2，调节t1/t2的比值可以调节灯的色温，能实现灯色温在范围2700K-6500K内可任意调节。
如图4所示，调节T1/（T1+T2）的比值可以调节灯输出的光通量大小，能实现灯光通量百分比在范围0-100%之间线性调节。
本发明可调光LED装置为LED灯丝时，采用一套控制软件实现调光，该软件程序包括主程序、混色混光计算子程序和双向脉宽调制子程序。
如图7所示，主程序的控制方法：
（1）开始，
（2）初始化；
（3）判断是否接收到调光指令，若是则执行混色混光计算子程序，若否则执行步骤（4）；
（4）执行双向脉宽调制子程序；
（5）判断色温亮度，若符合要求则直接输出，若不符合要求则进行补偿校准。
如图8所示，混色混光计算子程序的控制方法：
（1）输入设置值：用户目标色温值、用户目标亮度值；
（2）由格拉斯曼定律计算2700K/6500K即t/t'，得到混色比例；由面积等效原理计算（t+t'）/T得光通量比例；
（3）完成。
如图9所示，双向脉宽调制子程序的控制方法：
（1）开始；
（2）P3~P0赋值0110；
（3）延时t
（4）P3~P0赋值1001；
（5）延时t’；
（6）P3~P0赋值1111；
（7）延时ta；
（8）完毕。
实施例2
一种可调光LED装置，即一种球泡灯，包括第一LED光源和第二LED光源，本实施例中，第一LED光源由第一LED灯丝混光形成，第二LED光源由第二LED灯丝混光形成；其中第一LED灯丝包括红色的第一LED芯片和绿色的第二LED芯片，第二LED灯丝包括紫色的第一LED芯片和黄色的第二LED芯片。本发明第一LED灯丝和第二LED灯丝的控制电路和控制方法均与实施例1相同，即如下：
如图2所示，第一LED芯片1与第二LED芯片2间隔设置，可提高混光的均匀度；为进一步提高混光均匀度，所述灯丝还包括包裹基板6和LED芯片的扩散胶7，第一LED芯片1和第二LED芯片2的出光经过扩散胶7打散混合。
如图1所示，按连接顺序从前外后，相邻第一LED芯片1和第二LED芯片2两两为一组形成混光单元8，每组混光单元8中，第一LED芯片1的阴极与第二LED芯片2的阳极连接，第二LED芯片2的阴极与第一LED芯片1的阳极连接；第一LED芯片1的阴极通过连接线与相邻混光单元8的第一LED芯片1的阳极连接；第一组的混光单元8的第一LED芯片1的阳极与第一输入端4连接，最后一组混光单元8的第二LED芯片2的阳极与第二输入端5连接。上述电路结构使第一LED芯片1相互串联形成第一灯串，第二芯片相片相互串联形成第二灯串，灯丝的第一输入端4与第一灯串的输入端连接，灯丝的第二输入端5与第二灯串的输入端连接，第一灯串与第二灯串的极性相反，相邻第一LED芯片1之间通过连接线串联，相邻第二LED芯片2之间通过所述连接线串联。
如图5所示，本发明具体LED灯丝电路图，其LED芯片采用极性反转电流进行驱动，其中COM1和COM2是灯丝的两个输入端，P0-P3是芯片的四个IO口，由于IO电流小，时间通过单片机的计数器或计时器实现该电路具有响应时间短，且能产生双向异步脉宽调制，瞬时切换电流方向；LED灯丝中的芯片包括第一LED芯片L1~L3和第二LED芯片L1’~L3’。所述极性反转电路包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、MOS管Q5、MOS管Q6、MOS管Q7和MOS管Q8；三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3和三极管Q4的发射极分别与电源UIC连接，MOS管Q5和MOS管Q7的漏极分别与电源ULED连接；三极管Q1的基极与控制端P0连接，三极管Q2的基极与控制端P1连接，三极管Q3的基极与控制端P2连接，三极管Q4的基极与控制端P3连接；三极管Q1的集电极与MOS管Q5的栅极连接，三极管Q2的集电极与MOS管Q6的栅极连接，三极管Q3的集电极与MOS管Q7的栅极连接，三极管Q4的集电极与MOS管Q8的栅极连接；MOS管Q5的源极通过二极管D1和二极管D2与MOS管Q6的漏极连接，MOS管Q5的源极接地；MOS管Q7的源极通过二极管D3和二极管D4与MOS管Q8的漏极连接，MOS管Q8的源极接地；第一灯串的输入端COM1连接在二极管D1与二极管D2之间，第二灯串的输入端COM2连接在二极管D3与二极管D4之间。如图6所示，LED灯丝具体电路中，第一LED芯片L1~L3和第二LED芯片L1’~L3’的具体导通时序表格如下，
如图3A所示，本发明LED灯丝采用异步双向脉宽调制驱动控制，即在同一串联电路中，同一时间区间内，加载两个方向相反的脉动驱动电流。另外，本发明LED灯丝电路可以接入交流电，利用交流电的正负周期分别驱动第一LED芯片和第二LED芯片，为了实现调光的目的，可以利用可控硅控制交流电正负半周期的导通时间。
IF1、IF2该两个电流分别置于时间轴T的上下两个区间，其脉冲时间分别为：
IF1：表示一种颜色LED驱动电流；
IF2：表示另一颜色LED驱动电流；
t1：表示IF1瞬时开启时间，0≤t1≤T1；
t2：表示IF2瞬时开启时间，0≤ t2≤T1；
T1：表示IF1、IF2累计开启时间，T1=t1+t2；
T2：表示IF1、IF2累计关闭时间， T2=1/f-T1(f为光输出频率，一般f≥20Hz)；
ta为脉冲关断时间。
IF1、IF2均由连续脉冲组成，脉冲宽度t1、t2和脉冲周期（T1+T2）均根据混光原理计算输出而获得。且由于人眼的视觉暂留时间约0.05s～0.2s，为了光输出视觉感受更稳定、更舒适，脉冲周期一般设定为小于50ms。
图3A中的本发明分时控制方式，IF1和IF2作用于同一电路的不同方向上，其各自的累积量与独立电路的情况，如图3B现有技术中采用两种不同脉冲实现控制方式，根据面积等效理论，也就是冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，图3A与图3B中，IF1与IF1´的效果是一样的，IF2与IF2´效果也是一样的。本方法工作细节描述如下，t1为IF1开启时间，此时，第一灯串得电工作，而第二灯串处于截止；t2为IF2开启时间，此时，第二灯串得电工作，而第一灯串处于截止。T2为IF1、IF2同时关闭时间，此时，第一灯串、第二灯串全部截止。
由格拉斯曼混光原理计算两种颜色的混光比例，并分别赋值给t1和t2，调节t1/t2的比值可以调节灯的色温，能实现灯色温在范围内可任意调节。
如图4所示，调节T1/（T1+T2）的比值可以调节灯输出的光通量大小，能实现灯光通量百分比在范围0-100%之间线性调节。
本发明LED灯丝具体应用时，采用一套控制软件实现调光，该软件程序包括主程序、混色混光计算子程序和双向脉宽调制子程序。
如图7所示，主程序的控制方法：
（1）开始，
（2）初始化；
（3）判断是否接收到调光指令，若是则执行混色混光计算子程序，若否则执行步骤（4）；
（4）执行双向脉宽调制子程序；
（5）判断色温亮度，若符合要求则直接输出，若不符合要求则进行补偿校准。
如图8所示，混色混光计算子程序的控制方法：
（1）输入设置值：用户目标色温值、用户目标亮度值；
（2）由格拉斯曼定律计算2700K/6500K即t/t'，得到混色比例；由面积等效原理计算（t+t'）/T得光通量比例；
（3）完成。
如图9所示，双向脉宽调制子程序的控制方法：
（1）开始；
（2）P3~P0赋值0110；
（3）延时t
（4）P3~P0赋值1001；
（5）延时t’；
（6）P3~P0赋值1111；
（7）延时ta；
（8）完毕。
Claims (10)
1.一种可调光LED装置，包括基板和设置在基板上的LED芯片，其特征在于：所述LED芯片包括第一LED芯片和第二LED芯片，第一LED芯片与第二LED芯片间隔设置，第一LED芯片相互串联形成第一灯串，第二芯片相片相互串联形成第二灯串，装置的第一输入端与第一灯串的输入端连接，装置的第二输入端与第二灯串的输入端连接，第一灯串与第二灯串的极性相反，相邻第一LED芯片之间通过连接线串联，相邻第二LED芯片之间通过所述连接线串联。
2.根据权利要求1所述的一种可调光LED装置，其特征在于：第一LED芯片与第二LED芯片分别与荧光胶配合形成不同色温光源进行混光；或者第一LED芯片与第二LED芯片为不同颜色的芯片进行混光。
3.根据权利要求1所述的一种可调光LED装置，其特征在于：所述基板为双面基板，LED芯片分布在基板的两面。
4.根据权利要求1所述的一种可调光LED装置，其特征在于：第一输入端和第二输入端分别设在基板的两端。
5.根据权利要求1所述的一种可调光LED装置，其特征在于：所述装置还包括包裹基板和LED芯片的扩散胶。
6.根据权利要求1所述的一种可调光LED装置，其特征在于：装置的第一输入端和第二输入端通入交流电。
7.根据权利要求1所述的一种可调光LED装置，其特征在于：所述可调光LED装置还包括极性反转电路，包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、MOS管Q5、MOS管Q6、MOS管Q7和MOS管Q8；三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3和三极管Q4的发射极分别与电源UIC连接，MOS管Q5和MOS管Q7的漏极分别与电源ULED连接；三极管Q1的基极与控制端P0连接，三极管Q2的基极与控制端P1连接，三极管Q3的基极与控制端P2连接，三极管Q4的基极与控制端P3连接；三极管Q1的集电极与MOS管Q5的栅极连接，三极管Q2的集电极与MOS管Q6的栅极连接，三极管Q3的集电极与MOS管Q7的栅极连接，三极管Q4的集电极与MOS管Q8的栅极连接；MOS管Q5的源极通过二极管D1和二极管D2与MOS管Q6的漏极连接，MOS管Q5的源极接地；MOS管Q7的源极通过二极管D3和二极管D4与MOS管Q8的漏极连接，MOS管Q8的源极接地；第一灯串的输入端COM1连接在二极管D1与二极管D2之间，第二灯串的输入端COM2连接在二极管D3与二极管D4之间。
8.一种如权利要求1所述可调光LED装置的控制方法，其特征在于，包括：
色温调节方法： t1时间内第一灯串得电工作，而第二灯串处于截止； t2时间内第二灯串得电工作，而第一灯串处于截止；调节t1/t2的比值可以调节灯的色温；
光通量调节方法：周期T1为装置发光时间，周期T2为装置不发光时间，T1=t1+t2，T2=1/f-T1，f为光输出频率，调节T1/T2的比值可以调节灯输出的光通量大小。
9.根据权利要求8所述的可调光LED装置的控制方法，其特征在于：
装置工作时接入交流电，第一灯串得电工作，而第二灯串处于截止；第二灯串得电工作，而第一灯串处于截止。
10.根据权利要求8所述的可调光LED装置的控制方法，其特征在于：所述第一灯串和第二灯串采用双向异步脉冲进行驱动，脉冲周期T1+T2小于50ms。
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