CN108322959B - 一种led灯具的调光系统 - Google Patents

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Abstract

一种LED灯具的调光系统，其包括一个DC/DC转换器，一个调光信号输入模块，一个与所述调光信号输入模块电性连接的亮度值转换模块，一个调光信号切换阈值设定模块，一个第一信号输出模块，以及一个第二信号输出模块。所述调光信号输入模块用于输入一个调光信号。当所述亮度值大小或等于所述调光信号切换阈值时所述第一信号输出模块输出的幅值调光电压的值等于所述调光信号切换阈值同时所述第二信号输出模块输出一个PWM信号。该PWM信号对所述幅值等于调光信号切换阈值的幅值调光电压进行调制后以调整所述DC/DC转换器的输出。该LED灯具的调光系统既可以达到无频闪的目的，又可以加深调光深度的目的。

Description

一种LED灯具的调光系统
技术领域
本发明涉及一种照明系统，特别是一种LED灯具的调光系统。
背景技术
在一般的日常生活中，随处都可见到各种照明设备，例如，日光灯、路灯、台灯、艺术灯等。在上述的照明设备中，传统上大部分是以钨丝灯泡作为发光光源。近年来，由于科技日新月异，已利用发光二极管(LED)作为发光来源。甚者，除照明设备外，对于一般交通号志、广告牌、车灯等，亦都改为使用发光二极管作为发光光源。如前所述，使用发光二极管作为发光光源，其好处在于省电，且亮度更大，故于使用上已逐渐普通化。
随着照明技术的发展，人们对光源的要求越来越高，特别是调光功能。目前，调光功能已经成为LED灯具的必配功能，尤其是在北美市场。同时，随着行业的发展，人们已经不再仅仅追求调光功能，更要求调光的品质，即调光时无频闪，调光深度要大，甚至是柔和度，舒适度等也有了更高的要求。传统的LED恒流驱动方案中都具有一个DC/DC转换器，其将变化的输入电流转换为幅值变化的恒流输出。因此该传统的LED恒流驱动方案是目前市场的主流，其具有电路简单，稳定度高，响应快且无需补偿，效率高，且即可以使用PWM信号调光，也可以用幅值进行调光。但是由于DC/DC转换器本身的结构及工作原理的原因，如果只用幅值进行调光时，对于要求调光性能高的场合，其调光的深度是不够的，一般只能到10％至20％，更不用说1％或更低的调光深度，而且调光深度越低精度也越低。如果只用PWM调光，由于PWM信号本身的特点，即存在占空比，必然将存在频闪。为了降低频闪因素，只有将PWM调光的频率提高。但随着调光频率的提高，DC/DC转换器的工作频率也必然相应的升高，以此来保证DC/DC转换器的稳定、精度。同时当DC/DC转换器的工作频率的升高也必然会带来效率的降低与EMI变差的问题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种优化的LED灯具的调光系统，以解决上述问题。
一种LED灯具的调光系统，其包括一个DC/DC转换器，一个调光信号输入模块，一个与所述调光信号输入模块电性连接的亮度值转换模块，一个调光信号切换阈值设定模块，一个第一信号输出模块，以及一个第二信号输出模块。所述调光信号输入模块用于输入一个调光信号。所述亮度值转换模块用于将所述调光信号转换为一个亮度值。所述调光信号切换阈值设定模块用于预先设置调光信号切换阈值的大小以确定由所述第一、第二信号输出模块中的哪一个来控制所述DC/DC转换器的输出。当所述亮度值大于所述调光信号切换阈值时所述第一信号输出模块输出一个幅值调光电压以调整所述DC/DC转换器的输出并关断所述第二信号输出模块的输出。当所述亮度值大小或等于所述调光信号切换阈值时所述第一信号输出模块输出的幅值调光电压的值等于所述调光信号切换阈值同时所述第二信号输出模块输出一个PWM信号。该PWM信号对所述幅值等于调光信号切换阈值的幅值调光电压进行调制后以调整所述DC/DC转换器的输出。
进一步地，所述LED灯具的调光系统还包括一个判断模块，所述判断模块用于判断所述亮度值转换模块所输出的亮度值是否大于所述调光信号切换阈值。
进一步地，所述调光信号输入模块的输入信号为0至10伏的模拟信号或PWM数字信号。
进一步地，所述第一信号输出模块包括一个第一PWM信号输出单元，以及一个滤波单元，所述第一PWM信号输出单元根据所述调光信号输入模块的输入的调光信号输出相应的PWM信号，所述滤波单元包括一个电阻R6和一个电容C1。
进一步地，所述电阻R6串联在所述第一PWM信号输出单元与DC/DC转换器之间，所述电容C1的一端电性连接在所述电阻R6与DC/DC转换器之间，所述电容C1的另一端接地。
进一步地，所述第二信号输出模块包括一个第二PWM信号输出单元，以及一个MOS管，所述MOS管的漏极电性连接在所述电阻R6与DC/DC转换器之间，源极接地，栅极与所述第二PWM信号输出单元电性连接。
进一步地，当所述亮度值大于所述调光信号切换阈值时，所述第一PWM信号输出单元根据所述调光信号输入模块的输入的调光信号输出相应的第一PWM信号，所述LED灯具的调光系统还包括一个关断模块，在当所述亮度值大于所述调光信号切换阈值时，所述关断模块关断所述第二PWM信号输出单元的输出以使所述MOS管关断。
进一步地，当所述亮度值小于或等于所述调光信号切换阈值时，所述第二PWM信号输出单元根据所述调光信号输出模块所输入的调光信号输出相应的第二PWM信号，所述第一PWM信号输出单元根据所述调光信号输出模块所输入的调光信号输出相应的第二PWM信号，并经所述滤波单元滤波成一恒定电压值。
进一步地，所述恒定电压值的幅值等于所述调光信号切换阈值。
与现有技术相比，本发明所提供的LED灯具的调光系统，在高亮度时，即当所述亮度值转换模块所输出的亮度值大于所述调光信号切换阈值时，由于使用幅值调光电压进行调光，从而可以做到真正的调光无频闪。而在低亮度时，即当所述亮度值转换模块所输出的亮度值小于或等于所述调光信号切换阈值时，使用一个较低的模拟电压值，即所述调光信号切换阈值来调节频率较高的占空比PWM信号来实现调光，从而可以无限调节调光深度，即可以使所述DC/DC转换器所连接的灯具全暗，进而既可以达到无频闪的目的，又可以加深调光深度的目的。
附图说明
以下结合附图描述本发明的实施例，其中：
图1为本发明所提供的一种LED灯具的调光系统的原理框图。
图2为图1的LED灯具的调光系统的电路图。
图3(a)为当亮度值转换模块所输出的亮度值大于调光信号切换阈值时，DC/DC转换器的输出曲线的示意图。
图3(b)为当亮度值转换模块所输出的亮度值小于或等于调光信号切换阈值时，DC/DC转换器的输出曲线示意图。
具体实施方式
以下基于附图对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅作为实施例，并不用于限定本发明的保护范围。
请参阅图1至图2，其为本发明所提供的一种LED灯具的调光系统100的原理框图及电路图。所述LED灯具的调光系统100包括一个调光信号输入模块10，一个与所述调光信号输入模块10电性连接的亮度值转换模块20，一个调光信号切换阈值设定模块30，一个判断单元40，一个关断模块50，一个第一信号输出模块60，以及一个第二信号输出模块70，以及一个由所述第一、第二信号输出模块60、70控制的DC/DC转换器80。可以理解的是，所述LED灯具的调光系统100还包括其他的一些LED灯具电源所共有的功能模块，如滤波模块，功率转换模块，整流模块等等，其应当为本领域技术人员所习知的技术，在此不再一一详细说明。
首先，需要对DC/DC转换器80的特性进行说明，以便于可以更加充分的说明本发明的技术方案。所述DC/DC转换器80为一个现有技术中的开关电源芯片，可以用于升压和降压，其利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关(MOSFET等)进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容(感)里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。其输出的功率或电压的能力与占空比(由开关导通时间与整个开关的周期的比值)有关。也因此，在本实施例中，不再对该DC/DC转换器80的结构及工作原理进行详细的说明，仅对其工作特征进行说明。如图3所示，其为通过模拟幅值电流对该DC/DC转换器80进行控制时的曲线图。在图3中，图(a)为某款DC/DC转换器的模拟幅值调光的曲线图，图(b)为某款DC/DC转换器的PWM调光的曲线图。在图(a)中，横坐标为幅值调光电压，而纵坐标为DC/DC转换器的输出电流大小。从图(a)可以看出，当使用模拟幅值调光时，DC/DC转换器的最大输出电流为500mA，最小输出电流为100mA，即该DC/DC转换器不能输出0至100mA的电流，也就是说当使用幅值调光时，有20％左右的量程是无法进行调光。当然可以想到的是，所述DC/DC转换器的最大输出电流为500mA，最小输出电流为100mA是由DC/DC转换器80本身的固有特性决定的。不同的DC/DC转换器，其通过幅值调光电压调光时，其最大、最小输出电流可以为任意。在图(b)中，横坐标为PWM占空比值，纵坐标也为DC/DC转换器的输出电流大小。从图(b)中可以看出，当PWM的占空比接近于0时，所述DC/DC转换器的输出电流也将接近于零。因此，可以认为使用PWM调光，其调光深度将很深，即使用PWM调光时，灯具的亮度可以0至100％之间变化。但是当使用PWM调光时，频闪与EMI都将是无法解决的问题。
所述调光信号输入模块10输出一个调光信号，该调光信号可以为0至10伏的模拟信号，也可以由PWM信号产生器所产生的PWM数字信号，还可以为WIFI或DALI无线装置所产生的调光信号。至于所述0至10伏调光器，或者是PWM信号产生器，或者WIFI或DALI调光器的结构及工作原理，其应当为本领域技术人员所习知的技术，在此不再赘述。所述调光信号输入模块10与所述亮度值转换模块20电性连接以将用户的调光信号传输给所述LED灯具的调光系统100中。
所述亮度值转换模块20用于将所述调光信号转换为一个亮度值。该亮度值对应一个所述DC/DC转换器80的输出电流。所述亮度值转换模块20由一个单片机N2来执行，具体地，其可以通过计算机语言来编制并执行命令，发VB，VC，甚至是汇编语言等。但在此，就不列举出具体的程序语言。申请人认为只要根据本发明的思想，本领域技术人员都是可以编写出执行该命令的程序语言。当然，可以理解的是，为了让所述单片机N2可以正常工作，其还包括一些外围电路，其也应当为本领域技术人员习知的技术，在此不再赘述。
所述调光信号切换阈值设定模块30用于预先设定所述调光信号切换阈值的大小以在所述亮度值转换模块20所输出的亮度值大于该调光信号切换阈值时由幅值调光电压控制所述DC/DC转换器80的输出而在所述亮度值转换模块20所输出的亮度值小于或等于该调光信号切换阈值时由PWM占空比信号控制所述DC/DC转换器80的输出。因此，所述调光信号切换阈值为一个幅值调光电压所对应的所述DC/DC转换器80的输出电流，例如，该调光信号切换阈值可以对应为图3的图(a)的150mA或者是其他任意值。同所述亮度值转换模块20，所述调光信号切换阈值设定模块30也由所述单片机N2来执行完成，同理，其也可以由计算机程序语言来编写其执行命令。
所述判断模块40用于判断所述亮度值转换模块20所输出的亮度值与调光信号切换阈值设定模块30所设定的调光信号切换阈值的比值。当所述亮度值转换模块20所输出的亮度值大于所述调光信号切换阈值时，输出一个控制信号。而当所述亮度值转换模块20所输出的亮度值小于或等于所述调光信号切换阈值时，则输出另外一个控制信号。具体地所述判断模块40所输出的控制信号用于执行什么功能，将在下面进行详细说明。
所述关断模块50用于当所述亮度值转换模块20所输出的亮度值大于所述调光信号切换阈值时，即根据所述判断模块40所输出的一个控制信号，关断所述第二信号输出模块70的输出。关断所述第二信号输出模块70的方法会下面进行详细说明。而在所述亮度值转换模块20所输出的亮度值小于或等于所述调光信号切换阈值时，保持所述第一、第二信号输出模块60、70打开。同理，所述判断模块40及所述关断模块50也由单片机N2来执行完成，同理，其也由计算机程序语言来编写其执行命令。
所述第一信号输出模块60根据所述调光信号输入模块10所输出的调光信号输出一个幅值调光电压。至于根据所述调光信号输入模块10所输出的调光信号，所述第一信号输出模块60所输出的幅值调光电压为多大，其由用户根据实际的需要，以及DC/DC转换器80的特性来设定。为了使所述第一信号输出模块60所输出的信号适合于控制所述DC/DC转换器80，所述第一信号输出模块60包括一个第一信号输出单元61，以及一个滤波单元62。所述第一信号输出单元61根据所述调光信号输入模块10所输出的调光信号输出相应的第一PWM信号，其由所述单片机N2来执行。所述滤波单元62包括一个电阻R6和一个电容C1。所述滤波单元62将所述第一PWM信号过滤为一个具有恒定幅值的电压信号以控制所述DC/DC转换器80的输出。当然，可以理解的是，当所述第一PWM信号因调光信号输入模块10所输出的调光信号变化时，该恒定幅值的电压信号的幅值是变化的。具体地，所述电阻R6串联在所述第一PWM信号输出单元61与DC/DC转换器80之间，所述电容C1的一端电性连接在所述电阻R6与DC/DC转换器80之间，所述电容C1的另一端接地。当所述亮度值转换模块20所输出的亮度值大于所述调光信号切换阈值时，所述第一信号输出模块60输出一个幅值调光电压信号去控制所述DC/DC转换器80的输出以达到调光的目的，且与此同时，所述关断模块50关断所述第二信号输出模块70的输出以避免该第二信号输出模块70的输出信号干扰。可以想到的是，当所述亮度值转换模块20所输出的亮度值大于所述调光信号切换阈值时，所述DC/DC转换器80的输出曲线如图3的图(a)所示。
所述第二信号输出模块70根据所述调光信号输入模块10所输出的调光信号输出一个PWM信号。同所述第一信号输出模块60，所述第二信号输出模块70所输出的PWM信号的参数为何，其由用户根据实际的需要，以及DC/DC转换器80的特性来设定。所述第二信号输出模块70包括一个第二PWM信号输出单元71，以及一个MOS管72。所述MOS管72的漏极电性连接在所述电阻R6与DC/DC转换器80之间，源极接地，栅极与所述第二PWM信号输出单元71电性连接。可以理解的是，当需要所述关断模块50判断所述第二信号输出模块70的输出时，只要控制所述第二PWM信号输出单元71输出一个低电平，即可以关断所述MOS管72的输出，进而达到关断所述第二信号输出模块70的输出的目的。所述第二PWM信号输出单元71与所述幅值信号输出单元61相同，也由所述单片机N2来执行完成。当所述亮度值转换模块20所输出的亮度值小于或等于所述调光信号切换阈值时，所述第二信号输出模块70输出与所述调光信号切换阈值相等的幅值调光电压信号，所述第二PWM信号输出单元71输出一个与所述调光信号相符的具有一定占空比的第二PWM信号。该第二PWM信号将控制所述MOS管72的通断。可以理解的是，当所述MOS管72通断时，即与所述第一信号输出模块70所输出的幅值调光电压信号进行相结合，亦即所述第二PWM信号对所述幅值调光电压信号进行调制，从而输出一个以所述调光信号切换阈值为幅值，以所述第二PWM信号的占空比为输入到所述DC/DC转换器80的PWM信号的占空比的一个新的PWM信号。然后由该新的PWM信号来调整所述DC/DC转换器80的输出，从而达到调光的目的。可以想到的是，当所述亮度值转换模块20所输出的亮度值小于或等于所述调光信号切换阈值时，所述DC/DC转换器80的输出曲线如图3的图(b)所示，且该新的PWM信号的最大值，即该PWM信号的占空比为100％时，为调光信号切换阈值。
与现有技术相比，本发明所提供的LED灯具的调光系统，在高亮度时，即当所述亮度值转换模块20所输出的亮度值大于所述调光信号切换阈值时，由于使用幅值调光电压进行调光，从而可以做到真正的调光无频闪。而在低亮度时，即当所述亮度值转换模块20所输出的亮度值小于或等于所述调光信号切换阈值时，使用一个较低的模拟电压值，即所述调光信号切换阈值来调节频率较高的占空比PWM信号来实现调光，从而可以无限调节调光深度，即可以使所述DC/DC转换器80所连接的灯具全暗。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则的内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围的内。

Claims (9)

1.一种LED灯具的调光系统，其包括一个DC/DC转换器，其特征在于：所述LED灯具的调光系统包括一个调光信号输入模块，一个与所述调光信号输入模块电性连接的亮度值转换模块，一个调光信号切换阈值设定模块，一个第一信号输出模块，以及一个第二信号输出模块，所述调光信号输入模块用于输入一个调光信号，所述亮度值转换模块用于将所述调光信号转换为一个亮度值，所述调光信号切换阈值设定模块用于预先设置调光信号切换阈值的大小以确定由所述第一、第二信号输出模块中的哪一个来控制所述DC/DC转换器的输出，当所述亮度值大于所述调光信号切换阈值时所述第一信号输出模块输出一个幅值调光电压以调整所述DC/DC转换器的输出并关断所述第二信号输出模块的输出，当所述亮度值小于或等于所述调光信号切换阈值时所述第一信号输出模块输出的幅值调光电压的值等于所述调光信号切换阈值同时所述第二信号输出模块输出一个PWM信号，该PWM信号对所述幅值等于调光信号切换阈值的幅值调光电压进行调制后以调整所述DC/DC转换器的输出。
2.如权利要求1所述的LED灯具的调光系统，其特征在于：所述LED灯具的调光系统还包括一个判断模块，所述判断模块用于判断所述亮度值转换模块所输出的亮度值是否大于所述调光信号切换阈值。
3.如权利要求1所述的LED灯具的调光系统，其特征在于：所述调光信号输入模块的输入信号为0至10伏的模拟信号或PWM数字信号。
4.如权利要求1所述的LED灯具的调光系统，其特征在于：所述第一信号输出模块包括一个第一PWM信号输出单元，以及一个滤波单元，所述第一PWM信号输出单元根据所述调光信号输入模块输入的调光信号输出相应的PWM信号，所述滤波单元包括一个电阻和一个电容。
5.如权利要求4所述的LED灯具的调光系统，其特征在于：所述电阻串联在所述第一PWM信号输出单元与DC/DC转换器之间，所述电容的一端电性连接在所述电阻与DC/DC转换器之间，所述电容的另一端接地。
6.如权利要求4所述的LED灯具的调光系统，其特征在于：所述第二信号输出模块包括一个第二PWM信号输出单元，以及一个MOS管，所述MOS管的漏极电性连接在所述电阻与DC/DC转换器之间，源极接地，栅极与所述第二PWM信号输出单元电性连接。
7.如权利要求6所述的LED灯具的调光系统，其特征在于：当所述亮度值大于所述调光信号切换阈值时，所述第一PWM信号输出单元根据所述调光信号输入模块输入的调光信号输出相应的第一PWM信号，所述LED灯具的调光系统还包括一个关断模块，在当所述亮度值大于所述调光信号切换阈值时，所述关断模块关断所述第二PWM信号输出单元的输出以使所述MOS管关断。
8.如权利要求6所述的LED灯具的调光系统，其特征在于：当所述亮度值小于或等于所述调光信号切换阈值时，所述第二PWM信号输出单元根据所述调光信号输入模块所输入的调光信号输出相应的第二PWM信号，所述第一PWM信号输出单元根据所述调光信号输入模块所输入的调光信号输出相应的第一PWM信号，并经所述滤波单元滤波成一恒定电压值。
9.如权利要求8所述的LED灯具的调光系统，其特征在于：所述恒定电压值的幅值等于所述调光信号切换阈值。
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