CN110351930A - 一种灯具的亮度调节系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种灯具的亮度调节系统及方法，其中系统包括电压调节模块、电流调节模块和LED模块，所述电流调节模块分别与电压调节模块和LED模块连接；所述电压调节模块用于获取输入的亮度调节信息后，根据亮度调节信息线性调节电压调节模块的直流输出电压；所述电流调节模块用于结合直流输出电压和预设的转换系数线性调节电流调节模块的输出电流，并根据输出电流驱动LED模块。本发明通过线性调节灯具的直流电压，再根据直流电源线性调节直流电流，最后采用直流电流驱动LED灯，实现线性调节灯具的亮度；另外，通过电流驱动LED灯，可使灯具内的LED灯的亮暗一致，也提高了灯具的安全性，可广泛应用于LED灯控制技术领域。

Description

一种灯具的亮度调节系统及方法

技术领域

本发明涉及LED灯控制技术领域，尤其涉及一种灯具的亮度调节系统及方法。

背景技术

随着LED技术的发展，LED灯在各种功能性照明、景观性照明场景中得到普遍地应用。现在很多场景中都采用安全电压的直流LED灯具，且大多数这些LED灯具基于市场的需求增设了调光功能。目前，具有两种调光方式：一种是通过在现场另外设置信号线路进行调光控制，虽然调光精准，但现场布线复杂，无法普遍使用。另外一种是在灯具内部采用恒压限流的方式进行供电，再通过调节供电电压的高低来调节亮度，但由于LED伏安特性的影响，这种恒压限流的调节方式在调光过程中无法实现线性调光，所以用户很难选择到自己需要的亮度。且由于线路压降的存在，无法使灯具内的LED灯的亮暗一致，且采用恒压限流的办法极容易烧毁LED。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能够线性调控LED灯具的亮度的系统及方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种灯具的亮度调节系统，包括电压调节模块、电流调节模块和LED模块，所述电流调节模块分别与电压调节模块和LED模块连接；

所述电压调节模块用于获取输入的亮度调节信息后，根据亮度调节信息线性调节电压调节模块的直流输出电压；

所述电流调节模块用于结合直流输出电压和预设的转换系数线性调节电流调节模块的输出电流，并根据输出电流驱动LED模块。

进一步，所述电压调节模块包括电压输出单元和电压调节单元，所述电压输出单元包括开关型电压控制电路、电压调整比较电路和电压采样电路，所述开关型电压控制电路分别与电流调节模块、电压调整比较电路和电压采样电路连接，所述电压调整比较电路分别与电压调节单元和电压采样电路连接。

进一步，所述开关型电压控制电路包括第一电阻、第一NPN型双极性晶体管和第二NPN型双极性晶体管；

所述第一NPN型双极性晶体管的集电极分别与电源和第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与第二NPN型双极性晶体管的集电极连接，所述第二NPN型双极性晶体管的基极与电压调整比较电路连接，所述第二NPN型双极性晶体管的发射极与第一NPN型双极性晶体管的基极连接，所述第一NPN型双极性晶体管的发射极分别与电压采样电路和电流调节模块连接。

进一步，所述电压采样电路包括第二电阻、第一可调电阻和第四电阻，所述第一可调电阻的第一端通过第二电阻连接至第一NPN型双极性晶体管的发射极，所述第一可调电阻的第二端通过第四电阻接地；

所述电压调整比较电路包括放大器、第五电阻、第六电阻和第一电容；

所述放大器的反相输入端与第一可调电阻的第三端连接，所述放大器的同相输入端通过第五电阻与电压调节单元连接，所述放大器的输出端通过第六电阻与第二NPN型双极性晶体管的基极连接，所述第一电容的一端与放大器的反相输入端连接，所述第一电容的另一端与放大器的输出端连接。

进一步，所述电压调节单元包括第一处理器和电压调节电路，所述电压调节电路包括第一连接器和第二可调电阻，所述第一连接器与第一处理器对应连接；

所述第二可调电阻的第一端与第一连接器的第一引脚连接，所述第二可调电阻的第二端与第一连接器的第二引脚连接，所述第二可调电阻的第三端与第一连接器的第三引脚连接，所述第一处理器的第四引脚通过第五电阻与放大器的同相输入端连接。

进一步，所述电压调节单元还包括滤波电路，所述滤波电路包括第七电阻、第八电阻、第二电容和第三电容；

所述第一处理器的四引脚依次通过第八电阻与第三电容接地，所述第七电阻和第二电容串联后与第三电容并联，所述第七电阻和第二电容的连接点通过第五电阻与放大器的同相输入端连接。

进一步，所述电流调节模块包括电流输出单元和电流调节单元，所述电流调节单元与第一NPN型双极性晶体管的发射极连接，所述电流输出单元包括恒流芯片、电感、二极管和第四电容；

所述恒流芯片的第六引脚与电流调节单元连接，所述恒流芯片的第八引脚分别与二极管的正极和电感的一端连接，所述电感的另一端与LED模块连接，所述二极管的负极与电源连接，所述第四电容的一端与电源连接，所述第四电容的另一端接地。

进一步，所述电流调节单元包括第二处理器、第二连接器和第九电阻和第三可调电阻，所述第二处理器与第二连接器相应连接；

所述第三可调电阻的第一端与第一NPN型双极性晶体管的发射极连接，所述第三可调电阻的第二端与第二连接器的第一引脚连接，所述第三可调电阻的第三端与第二连接器的第三引脚连接，所述第二处理器的第四引脚通过第九电阻连接至恒流芯片的第六引脚。

进一步，所述电压调节单元还包括按键电路，所述按键电路包括开关按键、第十电阻、第十一电阻和有极性电容；

所述有极性电容的正极与电源连接，所述有极性电容的负极通过第十一电阻接地，所述开关按键和第十电阻串联后与有极性电容并联，所述有极性电容的负极与第一处理器的第九引脚连接。

本发明所采用的另一技术方案是：

一种调节LED等亮度的方法，包括以下步骤：

获取输入的亮度调节信息后，根据亮度调节信息线性调节电压调节模块的直流输出电压；

结合直流输出电压和预设的转换系数线性调节电流调节模块的输出电流，并根据输出电流驱动LED模块。

本发明的有益效果是：本发明通过线性调节灯具的直流电压，再根据直流电源线性调节直流电流，最后采用直流电流驱动LED灯，实现线性调节灯具的亮度，解决了无法线性调节灯具亮度的问题；另外，通过电流驱动LED灯，可使灯具内的LED灯的亮暗一致，也提高了灯具的安全性。

附图说明

图1是本发明一种灯具的亮度调节系统的结构框图；

图2是具体实施例中电压输出单元的电子电路图；

图3是具体实施例中第一处理器与滤波电路的电子电路图；

图4是具体实施例中电压调节电路的电子电路图；

图5是具体实施例中电流输出单元的电子电路图；

图6是具体实施例中第二处理器的电子电路图；

图7是具体实施例中第二连接器与第九电阻的电子电路图；

图8是具体实施例中按键电路的电子电路图；

图9是本发明一种灯具的亮度调节方法的步骤流程图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种灯具的亮度调节系统，包括电压调节模块、电流调节模块和LED模块，所述电流调节模块分别与电压调节模块和LED模块连接；

所述电压调节模块用于获取输入的亮度调节信息后，根据亮度调节信息线性调节电压调节模块的直流输出电压；

所述电流调节模块用于结合直流输出电压和预设的转换系数线性调节电流调节模块的输出电流，并根据输出电流驱动LED模块。

所述电压调节模块给电流调节模块提供固定的电压，当用户想调节灯具的亮度时，在电压调节模块上输入亮度调节信息，电压调节模块根据亮度调节信息线性地调节输出电压，即线性地给电流调节模块提供电压值。其中，用户可通过多种方式输入亮度调节信息，比如通过设置旋转组件，用户通过改变旋转角度线性地改变电压值，或者通过设置调亮按键和调暗按键，用户通过按键的次数线性改变电压值。

所述电流调节模块用于根据直流输出电压和预设的转换系数线性调节输出电流，并将输出的电流驱动LED模块。由于采用电流驱动LED模块，避免LED伏安特性的影响，使得LED的亮度随着输入的亮度调节信息线性的变化。如果采用电压驱动LED灯，因为存有LED伏安特性，用户通过改变电压调节灯具亮度时，会出现某些部分亮度灵敏度高，某些地方灵敏度低，比如在灯具较亮的情况下，用户只需输入少量的调节信息，灯具的亮度变化很大，而在灯具较暗的情况下，用户输入了较多的调节信息，亮度变化不大，如此用户很难调节到自己需要的亮度，降低了用户的体验，而通过上述系统，采用电流驱动LED模块，能够线性地调节驱动电流的大小，因此可以线性地调节灯具的亮度，提高了用户的操作体验。另外，采用电流驱动LED模块，当LED模块存有串联情况时，可使灯具内的LED灯的亮暗一致，并且不易烧毁LED，提高灯具的安全性。

参照图2，进一步作为优选实施方式，所述电压调节模块包括电压输出单元和电压调节单元，所述电压输出单元包括开关型电压控制电路1、电压调整比较电路2和电压采样电路3，所述开关型电压控制电路1分别与电流调节模块、电压调整比较电路2和电压采样电路3连接，所述电压调整比较电路2分别与电压调节单元和电压采样电路3连接。

所述电压调节单元用于获取输入的亮度调节信息后，输出电压调控信息；所述电压输出单元用于根据电压调控信息输出稳定的电压值，参照图2，在本实施例中，电压输出单元的输入为24V直流电压，该24V直流电压可通过现有的电源设备将220V的交流市电转化而成，也可直接采用24V的直流充电池提供。所述电压输出单元包括开关型电压控制电路1、电压调整比较电路2和电压采样电路3，所述开关型电压控制电路1用于根据电子开关管的工作频率调节直流输出电压，所述开关型电压控制电路1的输入电压为24V(DC)。所述电压采样电路3用于对直流输出电压进行采样，并将采集的电压输送至电压调整比较电路2。所述电压调整比较电路2用于结合电压调控信息和电压采样电路3采集的电压控制电子开关管的开关频率，从而得到稳定的直流电压输出。

所述电压输出单元还包括前端滤波电路和输出滤波电路，用于滤除电路中的杂波，提高直流输出电压的稳定度。

参照图2，进一步作为优选实施方式，所述开关型电压控制电路1包括第一电阻R1、第一NPN型双极性晶体管Q1和第二NPN型双极性晶体管Q2；

所述第一NPN型双极性晶体管Q1的集电极分别与电源和第一电阻R1的一端连接，所述第一电阻R1的另一端与第二NPN型双极性晶体管Q2的集电极连接，所述第二NPN型双极性晶体管Q2的基极与电压调整比较电路2连接，所述第二NPN型双极性晶体管Q2的发射极与第一NPN型双极性晶体管Q1的基极连接，所述第一NPN型双极性晶体管Q1的发射极分别与电压采样电路3和电流调节模块连接。

所述第二NPN型双极性晶体管Q2作为电子开关管，可采用现有的双极性晶体管来实现，在本实施例中，所述第一NPN型双极性晶体管Q1采用型号为tip41c的芯片来实现，更能提高开关型电压控制电路1的稳定性。

参照图2，进一步作为优选实施方式，所述电压采样电路3包括第二电阻R2、第一可调电阻R3和第四电阻R4，所述第一可调电阻R3的第一端通过第二电阻R2连接至第一NPN型双极性晶体管Q1的发射极，所述第一可调电阻R3的第二端通过第四电阻R4接地；

所述电压调整比较电路2包括放大器U1、第五电阻R5、第六电阻R6和第一电容C1；

所述放大器U1的反相输入端与第一可调电阻R3的第三端连接，所述放大器U1的同相输入端通过第五电阻R5与电压调节单元连接，所述放大器U1的输出端通过第六电阻R6与第二NPN型双极性晶体管Q2的基极连接，所述第一电容C1的一端与放大器U1的反相输入端连接，所述第一电容C1的另一端与放大器U1的输出端连接。

在本实施例中，所述电压采样电路3包括三个电阻，从第一可调电阻R3获取采用电压。所述电压调整比较电路2的反相输入端输入的是电压采样电路3采样的电压，电压调整比较电路2的同相输入端输入的是电压调节单元输出的电压调控信息，放大器U1结合采样的电压和电压调控信息控制第二NPN型双极性晶体管Q2的开关频率。所述第一电容C1起到反馈的作用，提高电压调整比较电路2的稳定性。

参照图3和图4，进一步作为优选实施方式，所述电压调节单元包括第一处理器U2和电压调节电路，所述电压调节电路包括第一连接器J1和第二可调电阻R10，所述第一连接器J1与第一处理器U2对应连接；

所述第二可调电阻R10的第一端与第一连接器J1的第一引脚连接，所述第二可调电阻R10的第二端与第一连接器J1的第二引脚连接，所述第二可调电阻R10的第三端与第一连接器J1的第三引脚连接，所述第一处理器U2的第四引脚通过第五电阻R5与放大器U1的同相输入端连接。

所述第二可调电阻R10作为亮度调节信息的输入口，用户通过调节第二可调电阻R10的阻值，输入亮度调节信息。所述第一处理器U2采用型号为STC12C5A60S2的单片机来实现，所述单片机的外围电路，比如晶振，在这里不进行赘述。所述第一连接器J1为con16的连接器，第一连接器J1与第一处理器U2对应连接，当改变第二可调电阻R10的阻值时，经过分压后可得到相应的电压值，该电压值直接传输至单片机的P07端口，根据预设的程序在单片机进行AD转换后，从单片机的第四引脚输出，输出的信号即为电压调控信息，用于控制开关管的开关频率。其中，所述第二可调电阻R10的阻值为100K。

参照图3，进一步作为优选实施方式，所述电压调节单元还包括滤波电路4，所述滤波电路4包括第七电阻R7、第八电阻R8、第二电容C2和第三电容C3；

所述第一处理器U2的四引脚依次通过第八电阻R8与第三电容C3接地，所述第七电阻R7和第二电容C2串联后与第三电容C3并联，所述第七电阻R7和第二电容C2的连接点通过第五电阻R5与放大器U1的同相输入端连接。

所述滤波电路4为π型滤波电路，通过π型滤波电路对第一处理器U2输出的电压调控信息进行过滤，得到一个稳定的预设电压，再将该预设电压输送至放大器U1的同相输入端，提高了信号的稳定性。

参照图5，进一步作为优选实施方式，所述电流调节模块包括电流输出单元和电流调节单元，所述电流调节单元与第一NPN型双极性晶体管Q1的发射极连接，所述电流输出单元包括恒流芯片U3、电感L1、二极管D1和第四电容C4；

所述恒流芯片U3的第六引脚与电流调节单元连接，所述恒流芯片U3的第八引脚分别与二极管D1的正极和电感L1的一端连接，所述电感L1的另一端与LED模块连接，所述二极管D1的负极与电源连接，所述第四电容C4的一端与电源连接，所述第四电容C4的另一端接地。

所述恒流芯片U3采用型号为NCL30160的芯片来实现，所述开关型电压控制电路1输出的直流输出电压输入电流调节单元，电流调节单元输出电流调节信息至恒流芯片U3，控制恒流芯片U3的工作频率，从而在电感L1的另一端输出恒定的直流电流，并采用该电流驱动LED模块，进而实现调节LED模块的亮度。

参照图6和图7，进一步作为优选实施方式，所述电流调节单元包括第二处理器U4、第二连接器J2和第九电阻R9和第三可调电阻R11，所述第二处理器U4与第二连接器J2相应连接；

所述第三可调电阻R11的第一端与第一NPN型双极性晶体管Q1的发射极连接，所述第三可调电阻R11的第二端与第二连接器J2的第一引脚连接，所述第三可调电阻R11的第三端与第二连接器J2的第三引脚连接，所述第二处理器U4的第四引脚通过第九电阻R9连接至恒流芯片U3的第六引脚。

所述第二处理器U4采用型号为STC12C5A60S2的单片机来实现，所述单片机的外围电路，比如晶振，在这里不进行赘述。所述开关型电压控制电路1输出的电路输入第三可调电阻R11的第一端后，经过分压后可得到相应的电压采样值，该电压采样值直接输入第二处理器U4的P07，并经过AD转换后，在第二处理器U4的第四引脚输出一个PWMR信号，该PWMR信号用于调节恒流芯片U3的工作频率，从而调节电流输出单元的输出电流，将输出电流驱动LED模块，调节LED模块的亮度。

参照图8，进一步作为优选实施方式，所述电压调节单元还包括按键电路，所述按键电路包括开关按键S1、第十电阻R12、第十一电阻R13和有极性电容C5；

所述有极性电容C5的正极与电源连接，所述有极性电容C5的负极通过第十一电阻R13接地，所述开关按键S1和第十电阻R12串联后与有极性电容C5并联，所述有极性电容C5的负极与第一处理器U2的第九引脚连接。

本实施例中设置了按键电路，该按键电路用于校准转换系数。具体地，在第一处理器U2和第二处理器U4中存储有预设的校准程序，当用户通过按键电路输入预设的校准信号时，自动启动校准程序，完成校准；这是由于不同的环境或者元器件老化原因，导致LED的亮度调节已不是线性的调节，则需要进行相应的校准，在本实施例中，提供用户相应的校准功能，方便用户使用，提高了用户的操作体验，也使该系统能够满足不同的应用场景。以下结合实施例提供一种校准的实施方式。

用户连续3次间隔3秒按下开关按键S1，第一处理器U2和第二处理器U4接收并判定为校准信号后，自动启动校准程序。第一步：第一处理器U2通过电压调控信息控制电压输出单元的直流输出电压在10s内由最大的电压输出线性地调至最小的电压输出；相应地，在第二处理器U4中，通过电流调控信息，将输出电流在10s内由最大的电流输出线性地调至最小的电流输出，同时计算并存储第一转换系数。第二步：第一处理器U2通过电压调控信息控制电压输出单元的直流输出电压在10s内由最小的电压输出线性地调至最大的电压输出；在第二处理器U4中，通过电流调控信息，将输出电流在10s内由最小的电流输出线性地调至最大的电流输出，同时计算并存储第二转换系数。计算第一转换系数和第二转换系数的平均值，并将该平均值作为最终的转换系数。

综上所述，本发明一种灯具的亮度调节系统具有如下的有益效果：

(1)、通过线性调节灯具的直流电压，再根据直流电源线性调节直流电流，最后采用直流电流驱动LED灯，实现线性调节灯具的亮度，从而解决了无法线性调节灯具亮度的问题。

(2)、通过电流驱动LED灯，可使灯具内的LED灯的亮暗一致，也提高了灯具的安全性。

(3)、本系统的结构简单，容易实现，实现的成本低，而且普遍适应不同的使用环境。

实施例二

如图9所示，本实施例提供一种调节LED等亮度的方法，包括以下步骤：

S1、获取输入的亮度调节信息后，根据亮度调节信息线性调节电压调节模块的直流输出电压；

S2、结合直流输出电压和预设的转换系数线性调节电流调节模块的输出电流，并根据输出电流驱动LED模块。

本实施例的一种调节LED等亮度的方法，与实施例一中的一种灯具的亮度调节系统一一对应，具备该系统相应的功能和有益效果。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种灯具的亮度调节系统，其特征在于，包括电压调节模块、电流调节模块和LED模块，所述电流调节模块分别与电压调节模块和LED模块连接；

所述电压调节模块用于获取输入的亮度调节信息后，根据亮度调节信息线性调节电压调节模块的直流输出电压；

所述电流调节模块用于结合直流输出电压和预设的转换系数线性调节电流调节模块的输出电流，并根据输出电流驱动LED模块。

2.根据权利要求1所述的一种灯具的亮度调节系统，其特征在于，所述电压调节模块包括电压输出单元和电压调节单元，所述电压输出单元包括开关型电压控制电路、电压调整比较电路和电压采样电路，所述开关型电压控制电路分别与电流调节模块、电压调整比较电路和电压采样电路连接，所述电压调整比较电路分别与电压调节单元和电压采样电路连接。

3.根据权利要求2所述的一种灯具的亮度调节系统，其特征在于，所述开关型电压控制电路包括第一电阻、第一NPN型双极性晶体管和第二NPN型双极性晶体管；

所述第一NPN型双极性晶体管的集电极分别与电源和第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与第二NPN型双极性晶体管的集电极连接，所述第二NPN型双极性晶体管的基极与电压调整比较电路连接，所述第二NPN型双极性晶体管的发射极与第一NPN型双极性晶体管的基极连接，所述第一NPN型双极性晶体管的发射极分别与电压采样电路和电流调节模块连接。

4.根据权利要求3所述的一种灯具的亮度调节系统，其特征在于，所述电压采样电路包括第二电阻、第一可调电阻和第四电阻，所述第一可调电阻的第一端通过第二电阻连接至第一NPN型双极性晶体管的发射极，所述第一可调电阻的第二端通过第四电阻接地；

所述电压调整比较电路包括放大器、第五电阻、第六电阻和第一电容；

所述放大器的反相输入端与第一可调电阻的第三端连接，所述放大器的同相输入端通过第五电阻与电压调节单元连接，所述放大器的输出端通过第六电阻与第二NPN型双极性晶体管的基极连接，所述第一电容的一端与放大器的反相输入端连接，所述第一电容的另一端与放大器的输出端连接。

5.根据权利要求4所述的一种灯具的亮度调节系统，其特征在于，所述电压调节单元包括第一处理器和电压调节电路，所述电压调节电路包括第一连接器和第二可调电阻，所述第一连接器与第一处理器对应连接；

所述第二可调电阻的第一端与第一连接器的第一引脚连接，所述第二可调电阻的第二端与第一连接器的第二引脚连接，所述第二可调电阻的第三端与第一连接器的第三引脚连接，所述第一处理器的第四引脚通过第五电阻与放大器的同相输入端连接。

6.根据权利要求5所述的一种灯具的亮度调节系统，其特征在于，所述电压调节单元还包括滤波电路，所述滤波电路包括第七电阻、第八电阻、第二电容和第三电容；

所述第一处理器的四引脚依次通过第八电阻与第三电容接地，所述第七电阻和第二电容串联后与第三电容并联，所述第七电阻和第二电容的连接点通过第五电阻与放大器的同相输入端连接。

7.根据权利要求6所述的一种灯具的亮度调节系统，其特征在于，所述电流调节模块包括电流输出单元和电流调节单元，所述电流调节单元与第一NPN型双极性晶体管的发射极连接，所述电流输出单元包括恒流芯片、电感、二极管和第四电容；

所述恒流芯片的第六引脚与电流调节单元连接，所述恒流芯片的第八引脚分别与二极管的正极和电感的一端连接，所述电感的另一端与LED模块连接，所述二极管的负极与电源连接，所述第四电容的一端与电源连接，所述第四电容的另一端接地。

8.根据权利要求7所述的一种灯具的亮度调节系统，其特征在于，所述电流调节单元包括第二处理器、第二连接器和第九电阻和第三可调电阻，所述第二处理器与第二连接器相应连接；

所述第三可调电阻的第一端与第一NPN型双极性晶体管的发射极连接，所述第三可调电阻的第二端与第二连接器的第一引脚连接，所述第三可调电阻的第三端与第二连接器的第三引脚连接，所述第二处理器的第四引脚通过第九电阻连接至恒流芯片的第六引脚。

9.根据权利要求8所述的一种灯具的亮度调节系统，其特征在于，所述电压调节单元还包括按键电路，所述按键电路包括开关按键、第十电阻、第十一电阻和有极性电容；

所述有极性电容的正极与电源连接，所述有极性电容的负极通过第十一电阻接地，所述开关按键和第十电阻串联后与有极性电容并联，所述有极性电容的负极与第一处理器的第九引脚连接。

10.一种调节LED等亮度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取输入的亮度调节信息后，根据亮度调节信息线性调节电压调节模块的直流输出电压；

结合直流输出电压和预设的转换系数线性调节电流调节模块的输出电流，并根据输出电流驱动LED模块。