CN108337761B - 一种大功率led的调光方法及调光系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大功率LED的调光方法,包括采集大功率LED上包括:电位器电压信号VR、照度对应电压信号VL、电流对应电压信号VI;根据电位VR、VL、VI计算出设定亮度值L1、实际亮度值L2,实际电流值Ia;确定L1+(L1‑L2)对应的电流值Is,根据Is的值调整大功率LED的驱动电流。一种调光系统,包括:电源、LED驱动电路、大功率LED、照度采样放大电路、电流采样放大电路、电位器以及主控芯片。本发明结构简单、易于维护、亮度稳定等优点,并且可广泛应用于医疗,科研等对亮度精确性要求较高的场合,也可用于实现一些现有LED驱动的改造。
Description
技术领域
本发明涉及一种调光系统,特别是涉及一种大功率LED的调光系统。
背景技术
大功率LED是指拥有大额定工作电流的发光二极管。普通LED功率一般为0.05W、工作电流为20mA,而大功率LED可以达到1W、2W、甚至数十瓦,工作电流可以是几十毫安到几百毫安不等。由于目前大功率LED在光通量、转换效率和成本等方面的制约,因此决定了大功率白光LED短期内的应用主要是一些特殊领域的照明,中长期目标才是通用照明。
灯的输出亮度除了和本身的材料和加工工艺有关,还和LED的驱动电流及结温相关。相同的LED,驱动电流越大,输出亮度越高,但亮度和驱动电流不是线性关系。同时亮度越高会导致结温升高,从而引起输出亮度的减少。
传统的LED灯是恒流驱动,根据电位器阻值的变化来改变LED的驱动电流,实现调光目的,这种驱动方式在电位器旋转到指定位置时供给LED的电流是恒定的,但由于LED亮度和驱动电流的非线性关系,并且不同电流下结温变化会引起的亮度变化,因而LED无法做到恒定亮度,这会影响LED在某些对亮度精确性要求比较高的场合的应用。
发明内容
本发明的一个目的针对现有恒流调光技术的不足,提供一种能在电位器指定位置上保证恒定亮度输出的调光方法。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种大功率LED的调光方法,包括:
(1)、实时采集大功率LED上包括:电位器电压信号VR、照度对应电压信号VL、电流对应电压信号VI;
(2)、根据电位器电压信号VR计算出设定亮度值L1,根据照度对应电压信号VL计算出实际亮度值L2,根据电流对应电压信号VI计算出实际电流值Ia;
(3)、确定L1+(L1-L2)对应的电流值Is,当Is与Ia的值相等时,不调整大功率LED的驱动电流;当Is与Ia的值不相等时,根据Is的值调整大功率LED的驱动电流。
优选地,采集后对照度对应电压信号VL、电流对应电压信号VI进行放大。
优选地,根据电压信号VR、VL以及VI计算出对应的数字量DR、DL以及DI,根据数字量DR计算出设定亮度值L1,根据数字量DL计算出实际亮度值L2,根据数字量DI计算出实际电流值Ia。
优选地,根据Is的值调整PWM信号,调整大功率LED的驱动电流。
本发明的另一个目的是提供一种实现调光方法的调光系统:
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种调光系统,其特征在于:包括:
电源;
LED驱动电路:与所述的电源相连接;
大功率LED:与所述的LED驱动电路相连接;
照度采样放大电路:与所述的大功率LED相连接,用于实时采集并放大其照度对应电压信号;
电流采样放大电路:与所述的大功率LED相连接,用于实时采集并放大其电流对应电压信号;
电位器;
主控芯片:分别与所述的LED驱动电路、照度采样放大电路、电流采样放大电路以及电位器相连接,用于计算并产生电流调整信号。
优选地,所述的控制芯片为单片机,所述的照度采样放大电路、电流采样放大电路以及电位器分别连接到所述的单片机内部的ADC模数转换器。
优选地,所述的LED驱动电路为PWM驱动电路,所述的主控芯片计算并产生PWM信号。
优选地,所述的电源为DC稳压电源。
优选地,所述的电位器为线性电位器。
由于上述技术方案运用,本发明与现有技术相比具有下列优点和效果:
本发明结构简单、易于维护、亮度稳定等优点,并且可广泛应用于医疗,科研等对亮度精确性要求较高的场合,也可用于实现一些现有LED驱动的改造。
附图说明
附图1为本实施例中调光方法的控制流程图;
附图2为本实施例中调光系统的结构原理图;
附图3-7为本实施例中调光系统的电路原理图。
其中:1、DC稳压电源;2、PWM驱动电路;3、大功率LED;4、照度采样放大电路;5、电流采样放大电路;6、单片机;7、线性电位器。
具体实施方式
下面结合附图及实施案例对本发明作进一步描述:
如图1所示:一种大功率LED的调光方法,包括:
(1)、实时采集大功率LED上包括:电位器电压信号VR、照度对应电压信号VL、电流对应电压信号VI,采集后对照度对应电压信号VL、电流对应电压信号VI进行放大;
(2)、根据电压信号VR、VL以及VI计算出对应的数字量DR、DL以及DI,根据数字量DR计算出设定亮度值L1,根据数字量DL计算出实际亮度值L2,根据数字量DI计算出实际电流值Ia;
(3)、确定L1+(L1-L2)对应的电流值Is,当Is与Ia的值相等时,不调整大功率LED的驱动电流;当Is与Ia的值不相等时,根据Is的值调整大功率LED的驱动电流,从而达到改变驱动电路的电压和电流,实现亮度的调整。
为实现上述调光方法,本实施例以如图2所示的一种调光系统为例:
该系统具体包括:
DC稳压电源1;
LED驱动电路:与DC稳压电源1相连接,具体采用PWM驱动电路2;
大功率LED3:与PWM驱动电路2相连接;
照度采样放大电路4:与大功率LED3相连接,用于实时采集并放大其照度对应电压信号;
电流采样放大电路5:与大功率LED3相连接,用于实时采集并放大其电流对应电压信号;
线性电位器7;
主控芯片:本实施例具体采用型号为Atmega16的单片机6,单片机6内部的ADC模数转换器分别与PWM驱动电路2、照度采样放大电路4、电流采样放大电路5以及线性电位器7相连接,用于计算并产生PWM信号。
稳压电源1负责给整个调光系统提供稳定的直流电源,线性电位器7旋转到不同位置时中间抽头会产生一个0-5V的电压并输入到单片机6的ADC模数转换器;同时,大功率LED3的驱动电流和照度通过放大电路放大后输入给单片机6的ADC模数转换器,单片机6通过对这三组信号的分析和处理,产生一个PWM信号控制PWM驱动电路2产生不同电流以驱动大功率LED3,保证大功率LED3的亮度恒定,从而实现消除结温变化引起的亮度变化。
如图3-7所示:单片机控制电路连接关系如下:
集成块U5的4号端口接插座J2的5号端口,U5的4号端口接电阻R14后到电源+5V,同时接电容C12后到地;
集成块U5的7号端口接电容C14后到地,U5的8号端口接电容C13后到地,U5的7号端口和1号端口间还接有晶振Y1;
集成块U5的1号端口接插座J2的2号端口;
集成块U5的2号端口接插座J2的3号端口;
集成块U5的3号端口接插座J2的4号端口;
集成块U5的35号端口接电阻R4和电容C7的公共端;
集成块U5的36号端口接电阻R13和电容C11的公共端;
集成块U5的37号端口接电阻R12和电容C10的公共端;
集成块U5的14号端口接集成块U3的2号端口;
集成块U5的15号端口接集成块U3的3号端口;
集成块U5的27号端口串联电感L3后到电源+5V,集成块U5的27号端口同时串联电容C15到地;
集成块U5的5、17、38号端口接电源+5V;
集成块U5的6、18、39号端口接地;
插座J2的1号端口接电源+5V;
插座J2的2号端口接地;
以上连接组成的主控电路工作原理为:
集成块U5为8位单片机Atmega16,电阻R14和电容C12组成复位电路,晶振Y1和电容C13、C14组成单片机的时钟脉冲电路,插座J2为烧录座,用于将程序烧录到单片机中。+5V电源经过电感L3滤波后到单片机的AVCC引脚,给AD模数转换器供电。单片机的35,36,37号端口为AD模数转换器的三路通道,分别接电位器、照度采样放大电路、电流采样放大电路产生的模拟电压,用于将这些电压转换为数字量后处理。单片机的14号端口为定时器输出端口,产生占空比可变的PWM信号以驱动LED驱动电路。15号端口为通用I/O端口,在此为输出口,产生高/低电平使能/关断驱动电路。
稳压电源连接关系如下:
电容C1、C2并联后一端接集成块U1的1号端口,一端接地;
集成块U1的3号和5号端口接地;
集成块U1的2号端口接二极管D2的负极,D2的正极接地;
集成块U1的2号端口串接电感L1到集成块U2的3号端口;
集成块U2的3号端口串接电阻R1和R5的串联电路到地,R1和R5的公共端接集成块U1的4号端口;
电容C3、C4并联后一端接集成块U2的3号端口,一端接地;
集成块U2的1号端口接地;
电容C5、C6并联后一端接集成块U2的2号端口,一端接地;
插座J2的1号端口接集成块U1的1号端口,2号端口接地;
以上连接组成的DC稳压电源电路工作原理为:
J2为DC15~24V电压输入插座,为整个系统提供输入电压。C1、C2为滤波电容,将输入电压滤波后供到稳压芯片LM2576的输入端,续流二极管D1和储能电感L1将LM2576的2脚产生的开关波形转换成直流电压。LM2576的4脚反馈端接R1、R2组成的分压电路,通过改变R1、R2的阻值可以改变LM2576产生的直流电压,本系统中LM2576输出的稳定电压为12V。C3、C4为滤波电容,滤除LM2576输出电压波形中的杂波,减小输出电压纹波。C5、C6为滤波电容,将三端稳压芯片U2输出端Vout输出的电压(+5V)进行滤波。
驱动电路连接关系如下:
集成块U3的2号端口接集成块U5的14号端口;
集成块U3的3号端口接集成块U5的15号端口,集成块U3的3号端口同时串接电阻R3到地;
集成块U3的1号端口接二极管D2的负极,D2的正极接地。集成块U3的1号端口接电感L2的一端,电感L2的另一端接电容C9到地,同时接到大功率LED D3的正极。集成块U3的1号端口和8号端口间接电容C8;
二极管D3的负极串接电阻R6到地。二极管D3负极同时连接到集成块U4的5号端口;
以上连接组成的LED驱动电路工作原理为:
LED驱动芯片U3通过外接的续流二极管D2和储能电感L2将单片机U5输入到其2号端口的PWM信号LED_PWM转换成一直流电压信号以驱动LED D3,改变LED_PWM信号的占空比会改变LED驱动电路的输出电压,从而改变供给LED的电流,达到调光的目的。U3 的3号端口输入的LED_ON信号为使能信号,当LED_ON为低电平时驱动芯片U3无输出,高电平时为使能,输出正常驱动电压。采样电阻R6用于采样LED工作时的实际电流。电容C9用于滤除高频杂波,改善LED输出驱动电压波形。
电流采样放大电路连接关系如下:
集成块U4的5号端口串接电阻R6到地,集成块U4的5号端口同时接二极管D3的负极;
集成块U4的6号端口串接电阻R9到地,集成块U4的6号端口同时串接电阻R11到U4的7号端口;
集成块U4的7号端口接电阻R12和电容C10的串联电路到地,R12和C10的公共端接集成块U5的37号端口;
以上连接组成的电流采样放大电路工作原理为:
采样电阻R6串接在LED驱动电路中,不同LED驱动电流值在R6上产生不同的电压值,该电压值输入到运放的正输入端,电阻R11和R9组成同相比例放大器,将R6上的压降放大R11/R6倍后给单片机U5的内部ADC模数转换器通道0,用于将放大后的电压值转换成数字量。R12和C10组成RC滤波电路,滤除电压中的杂波。
照度采样放大电路连接关系如下:
光电三极管Q1的集电极接电源+5V,发射极接可调电阻R7和电阻R15组成的串联电路到地,Q1的发射极同时接集成块U4的10号端口;
集成块U4的9号端口串接电阻R8到地,集成块U4的9号端口同时串接电阻R10到U4的8号端口;
集成块U4的8号端口接电阻R13和电容C11的串联电路到地,R13和C11的公共端接到集成块U5的36号端口;
以上连接组成的照度采样放大电路工作原理为:
光电三极管Q1装配在镜头中指定位置,LED发出的光照射在Q1上使Q1集电极和发射极端处于一定的导通状态,+5V电压经过Q1的集电极发射极回路后输入到运放U4的10号脚,不同强度的光使Q1的集电极和发射极间的导通电压不同,从而使输入到U4 10号端口的电压发生变化。电阻R10和R8组成同相比例放大器,将输入到运放10号端口的电压放大R10/R8倍后给单片机U5内部ADC模数转换器通道1,用于将放大后的电压值转换成数字量。R13和C11组成RC滤波电路,滤除电压中的杂波。
线性电位器连接关系如下:
线性电位器R2的中间抽头接电阻R4的一端,电位器R2两端一端接电源+5V,另一端接地;
电阻R4一端接电位器R2的中间抽头,另一端接电容C7到地,同时接集成块U5的35号端口。
以上连接组成的线性电位器电路工作原理为:
调节电位器R2使中间抽头端产生0~5V之间变化的电压,该电压通过R4和C7组成RC滤波电路后给单片机U5内部ADC模数转换器通道2,用于将电压值转换成数字量。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种大功率LED的调光方法,其特征在于:该方法通过以下调光系统实现,所述的调光系统包括电源;LED驱动电路:与所述的电源相连接;大功率LED:与所述的LED驱动电路相连接;照度采样放大电路:与所述的大功率LED相连接,用于实时采集并放大其照度对应电压信号;电流采样放大电路:与所述的大功率LED相连接,用于实时采集并放大其电流对应电压信号;电位器;主控芯片:分别与所述的LED驱动电路、照度采样放大电路、电流采样放大电路以及电位器相连接,用于计算并产生电流调整信号,
所述的调光方法包括:
(1)、实时采集大功率LED的电位器电压信号VR、照度对应电压信号VL、电流对应电压信号VI;
(2)、根据电压信号VR、VL以及VI计算出对应的数字量DR、DL以及DI,根据数字量DR计算出设定亮度值L1,根据数字量DL计算出实际亮度值L2,根据数字量DI计算出实际电流值Ia;
(3)、确定L1+(L1-L2)对应的电流值Is,当Is与Ia的值相等时,不调整大功率LED的驱动电流;当Is与Ia的值不相等时,根据Is的值调整大功率LED的驱动电流。
2.根据权利要求1所述的大功率LED的调光方法,其特征在于:在(1)中:采集后对照度对应电压信号VL、电流对应电压信号VI进行放大。
3.根据权利要求1所述的大功率LED的调光方法,其特征在于:在(3)中:根据Is的值调整PWM信号,调整大功率LED的驱动电流。
4.根据权利要求1所述的大功率LED的调光方法,其特征在于:所述的主控芯片为单片机,所述的照度采样放大电路、电流采样放大电路以及电位器分别连接到所述的单片机内部的ADC模数转换器。
5.根据权利要求1所述的大功率LED的调光方法,其特征在于:所述的LED驱动电路为PWM驱动电路,所述的主控芯片计算并产生PWM信号。
6.根据权利要求1所述的大功率LED的调光方法,其特征在于:所述的电源为DC稳压电源。
7.根据权利要求1所述的大功率LED的调光方法,其特征在于:所述的电位器为线性电位器。
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