CN110062492B - 具有降低的可听噪声的pwm调光 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了用于LED灯的PWM调光的方法和装置。所述LED灯包括一个或多个LED和用于操作所述LED的LED灯驱动器。所述方法包括：生成PWM信号；以及向所述LED灯驱动器提供所述PWM信号；其中，所述PWM信号包括两个或更多个不同频率的混合。

Description

具有降低的可听噪声的PWM调光
技术领域
本发明涉及一种用于LED灯的PWM调光的方法以及一种用于LED灯驱动器的PWM调光装置。
背景技术
随着LED灯(LED是发光二极管的缩写)的出现，高效、安全且长寿命的照明装置可供使用。类似于其他光源，LED的亮度可以通过调光(dimming)来调节。出于该目的，已经开发了用于对灯进行调光的不同技术，所述技术包括模拟或线性调光以及PWM调光(PWM是脉宽调制的缩写)。与线性调光的方法相比，PWM调光具有诸如高效率和高精度以及没有CCT漂移(CCT是相关色温的缩写)等优点。
但是，PWM调光可能导致源自在PWM频率下操作的LED灯驱动器的电感器和电容器的可听噪声。LED灯驱动器的电感器和电容器以PWM频率谐振，这转而可能引起诸如LED灯驱动器的印刷电路板等其它组件的振动。
为了降低PWM调光期间的噪声，可以将LED灯驱动器与声音和/或振动隔绝(封装(potting))。可替代地，可以使用低噪声的组件。然而，这些解决方案会需要额外的成本和空间以便有效。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于LED灯的PWM调光的方法以及一种用于LED灯驱动器的PWM调光装置，能够优选地以有效和/或高成本效益的方式来降低可听噪声。
该目的由根据独立权利要求的方法和PWM调光装置来解决。优选实施例由从属权利要求、说明书和附图给出。
相应地，提供了一种用于LED灯的PWM调光的方法。LED灯包括一个或多个LED和用于操作所述LED的LED灯驱动器。
根据所述方法，生成PWM信号并将其提供给LED灯驱动器。PWM信号可以是用于激励LED的电流或用作对用于激励LED的电流进行调制的基础的信号。优选地，PWM信号具有包括时间上的有效(active)部分和无效(non-active)部分的周期性波形。通过选择或修改PWM占空比来调节LED的亮度，所述PWM占空比即为一个周期(即，PWM信号完成一个开关周期所花费的时间)中信号有效的时间段(相对于所述信号无效的时间段)所占的分数(fraction)。
根据所述方法，PWM信号包括两个或更多个不同频率的混合。
与使用具有单个频率的传统PWM信号的方法相比，上述的用于对LED灯进行调光的方法显著地减少了在对LED灯进行调光时的可听噪声。降噪是通过在时间上改变PWM频率来实现的。因此，所述方法的实现不会导致显著的额外成本。实现所述方法的PWM调光装置可以以高成本效益的方式生产。此外，不需要修改或更新LED灯驱动器的电路布局(例如，PCB布局)。
优选地，PWM信号是由MCU生成的，这进一步简化了所述方法的实现并且提高了灵活性，这是因为MCU便于对组成PWM信号的频率进行调节或修改。
具有良好的降噪性能的频率的可能混合包括以下频率中的一个或多个：1kHz、2kHz、4kHz和8kHz。
通过在时间内随机或准随机地改变不同的频率可以获得进一步的改进。
考虑到人耳的响应时间，优选地是，在100ms到150ms的时间段内，优选地在大约125ms的时间段内，发生频率的一次或多次改变。
此外，提供了用于LED灯驱动器的PWM调光装置。所述PWM调光装置包括调光电路，所述调光电路被配置为生成PWM信号并向所述LED灯驱动器提供所述PWM信号。PWM信号包括两个或更多个不同频率的混合。
所公开的关于用于PWM调光的方法的所有特征也被公开用于PWM调光装置。另外，关于用于PWM调光的方法所描述的技术效果、优选或可选特征以及技术贡献和优点类似地适用于PWM调光装置。这包括：调光电路优选地包括被配置为生成PWM信号的MCU。
附图说明
参考附图，将在下面说明本发明的优选实施例。示出在：
图1a示出了频率为1kHz的周期性PWM波形。图1b示出了针对由MCU生成的图1a中的1kHz PWM波形所获取的可听噪声频谱。
图2a示出了包含PWM频率的混合的PWM波形。图2b示出了针对由MCU生成的图2a中的PWM波形所获取的可听噪声频谱。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本发明的优选实施例。此处，相同、相似或具有相同或相似效果的要素在附图中具有相同的附图标记。可以省略对这些要素的重复描述，以防止多余的描述。
附图以及在附图中所示要素之间的尺寸关系不应被视为按比例绘制。相反地，可能以夸大的尺寸示出个别要素，以便能够更好地说明和/或更好地理解。
图1a示出了用于对LED灯进行调光的典型周期性PWM波形。在本例中，PWM波形具有1kHz的频率。PWM波形可以由MCU(微控制器单元)生成，所述MCU可以是外部装置的一部分或用于操作一个或多个LED的LED灯驱动器的一部分。通过提供根据PWM波形而调制的电流来激励LED。通过修改PWM占空比来调节LED的亮度，所述PWM占空比即为一个周期(即，PWM信号完成一个开关周期所花费的时间)中信号有效的时间段(相对于所述信号无效的时间段)所占的分数(fraction)。
图1b示出了针对由MCU生成的图1a中的1kHz PWM信号所测量的可听噪声频谱。使用了基于IEC61672的电声学声级计来获取图1b(以及图2b)中的噪声频谱。频谱的x轴代表可听频率，并且y轴代表由声级计确定的时间计权声级。
图1b中的噪声频谱揭示了在1kHz的PWM频率处的22.5dB的峰值可听噪声。
为了降低通过施加用于调光的PWM信号所生成的噪声，图2a示出了包括PWM频率的混合的PWM波形。在本示例中，执行125ms的时间段内的PWM频率的随机改变。频率集合示例性地包含f1＝8kHz、f2＝1kHz、f3＝2kHz和f4＝4kHz。可以修改发生一个或多个频率变化的时间段；然而，100ms与150ms之间的时间段并且优选地大约125ms的时间段是可取的，因为这大致对应于人耳的响应时间。
图2b示出了针对由MCU生成的图2a中的PWM信号所测量的可听噪声频谱。x轴代表可听频率，并且y轴代表由声级计确定的时间计权声级。
图2b的噪声频谱揭示了不存在某个频率处的峰值。PWM频率的混合有助于将噪声分散至频谱内的一系列频率。特别地，由于本示例中的1kHz仅出现在125ms时间段期间的2/7*125ms处，因此与图1b的频谱相比，图2b的频谱中的1kHz处的噪声显着降低。本示例中的约18.4dB的最大噪声发生在2kHz处。
以上示出的用于LED灯的PWM调光装置显着降低了对LED灯进行调光时的可听噪声。仅需标准的电子组件来实现所述PWM调光装置。另外，降噪是通过改变PWM频率来实现的。因此，所呈现的用于降噪的技术的实现不会导致显著的额外成本。PWM调光装置可以以高成本效益的方式来制造。此外，不需要修改或更新LED灯驱动器的PCB布局。
本发明不受基于实施例的描述限制。相反地，本发明包括任意新特征以及特征的任意组合，特别是包括专利权利要求书中的特征的任意组合，即使该特征或者该组合本身没有在专利权利要求书或者示例性实施例中明确地指出。
附图标记列表
f1、f2、f3、f4 频率

Claims (10)

1.一种用于LED灯的PWM调光的方法，其中，所述LED灯包括一个或多个LED以及用于操作所述LED的LED灯驱动器，所述方法包括：
生成PWM信号；以及
向所述LED灯驱动器提供所述PWM信号；其中，
所述PWM信号包括两个或更多个不同频率的混合；
其中，所述频率的混合包括以下频率中的一个或多个：1kHz、2kHz、4kHz和8kHz。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述PWM信号是由MCU生成的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述不同频率在时间内随机地改变。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在100ms到150ms的时间段内发生所述频率的一次或多次改变。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在125ms的时间段内发生所述频率的一次或多次改变。
6.一种用于LED灯驱动器的PWM调光装置，其中，所述PWM调光装置包括：
调光电路，其被配置为生成PWM信号并向所述LED灯驱动器提供所述PWM信号，并且
所述PWM信号包括两个或更多个不同频率的混合；
其中，所述频率的混合包括以下频率中的一个或多个：1kHz、2kHz、4kHz和8kHz。
7.根据权利要求6所述的PWM调光装置，其中，所述调光电路包括被配置为生成所述PWM信号的MCU。
8.根据权利要求6所述的PWM调光装置，其中，所述不同频率在时间内随机地改变。
9.根据权利要求6所述的PWM调光装置，其中，在100ms到150ms的时间段内发生所述频率的一次或多次改变。
10.根据权利要求9所述的PWM调光装置，其中，在125ms的时间段内发生所述频率的一次或多次改变。
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