CN112449466A - 线性led驱动电路、电源开关检测方法及调光控制方法 - Google Patents

线性led驱动电路、电源开关检测方法及调光控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种线性LED驱动电路、电源开关检测方法及调光控制方法，包括与电源开关连接，提供直流母线电压的电源输入模块；提供工作电压的供电模块；驱动LED发光的至少一驱动模块；及检测电源开关关断状态的电源开关检测模块，其中，电源开关检测模块包括第一开关检测单元及第二开关检测单元中的至少一个，第一开关检测单元基于功率开关管的漏极电压及栅极电压判断电源开关的导通或关断情况，第二开关检测单元基于功率开关管的源极电压判断电源开关的导通或关断情况，以实现调光操作。本发明通过检测功率开关管的导通状态判断电源开关的状态，不受电源开关的漏电流影响；利用输入电容保证工作状态，无需额外电容来储存工作状态。

Description

线性LED驱动电路、电源开关检测方法及调光控制方法
技术领域
本发明涉及LED驱动领域，特别是涉及一种线性LED驱动电路、电源开关检测方法及调光控制方法。
背景技术
在线性LED驱动开关调光的应用中，通过检测电源开关的动作来做分段式调光的切换，例如第一次开设置为100％的亮度，然后迅速开关一次变为50％亮度，再次开关变为另一个设定的亮度或者循环第一次的亮度变化。
现有技术中，通常通过检测母线电压的高低来判断电源开关是否关断。当电源开关断开后，母线电压会下降，触发内部的开关检测电路，在下次电源开关接通后进行分段调光的切换动作。在此期间，驱动芯片依靠储能电容存储的能量维持工作，确保在一定时间内切换动作的可靠，当关断时间比较长时，储能电容电压会下降，当电压下降到一定值时，驱动芯片会恢复初始状态，电源开关此时接通后驱动芯片会按默认状态工作。
上述方案能实现调光功能，但是如果电源开关有漏电，母线电压可能会无法下降到检测值，导致开关检测失效。其次，电源开关在接通和关断瞬间会有一些打火现象，导致母线电压有比较大的抖动，也会导致开关检测的误动作，尤其在多灯一起工作时就会出现工作模式不一致的问题。此外，还需要额外的储能电容来保证一定时间内存储记忆工作状态。
因此，如何确保开关检测成功、误动作情况少、不增加额外器件及成本，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种线性LED驱动电路、电源开关检测方法及调光控制方法，用于解决现有技术中电源开关检测失败、误动作等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种线性LED驱动电路，所述线性LED驱动电路至少包括：
电源输入模块，输入端串联一电源开关，用于提供直流母线电压；
供电模块，连接于所述电源输入模块的输出端，用于提供工作电压；
至少一驱动模块，连接于所述电源输入模块的输出端，用于驱动LED发光；
电源开关检测模块，用于检测所述电源开关的关断状态；
其中，所述电源开关检测模块包括第一开关检测单元及第二开关检测单元中的至少一个，所述第一开关检测单元连接各驱动模块中功率开关管的漏极及栅极，基于各功率开关管的漏极电压及栅极电压判断所述电源开关的导通或关断情况，并控制对应驱动模块中参考电压产生单元调整参考电压的值，以实现调光操作；所述第二开关检测单元连接各功率开关管的源极，基于各功率开关管的源极电压判断所述电源开关的导通或关断情况，并控制对应参考电压产生单元调整参考电压的值，以实现调光操作。
可选地，所述驱动模块包括LED灯段，功率开关管，采样单元，参考电压产生单元及驱动单元；所述LED灯段的正极连接所述电源输入模块的输出端，负极连接所述功率开关管的漏极，所述功率开关管的源极经由所述采样单元接地；
所述参考电压产生单元的输入端连接所述电源开关检测模块，输出端连接所述驱动单元的第一输入端；
所述驱动单元的第二输入端连接所述功率开关管的源极，输出端连接所述功率开关管的栅极。
可选地，所述线性LED驱动电路还包括第一电容，所述第一电容的一端连接所述电源输入模块的输出端，另一端接地。
可选地，所述线性LED驱动电路还包括第二电容，所述第二电容的一端连接所述供电模块的输出端，另一端接地。
可选地，各开关检测单元包括电平检测器及时间检测器；所述电平检测器连接所述驱动模块，用于判断检测电压的电平；所述时间检测器连接于所述电平检测器的输出端，用于检测所述电平检测器输出有效电平的持续时间。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种线性LED驱动电路的电源开关检测方法，所述线性LED驱动电路的电源开关检测方法至少包括：检测线性LED驱动电路中功率开关管的状态，当所述功率开关管导通且没有电流流过时判定电源开关关断。
可选地，检测所述功率开关管的漏极电压及栅极电压，当所述功率开关管的漏极电压为低电平且所述功率开关管的栅极电压为高电平时判定所述电源开关关断。
更可选地，所述功率开关管的漏极电压不大于ILED*RDSON则判定为低电平，其中，ILED为流过所述功率开关管的电流，RDSON为所述功率开关管导通时漏源间的阻值；所述功率开关管的栅极电压不小于(Vth+VDD)/2则判定为高电平，其中，Vth为所述功率开关管的阈值电压，VDD为工作电压。
更可选地，所述功率开关管的漏极电压及所述功率开关管的栅极电压的有效电平持续设定时间，所述设定时间不小于输入电源的工频周期。
更可选地，检测所述功率开关管的源极电压，当所述功率开关管的源极电压为低电平时判定所述电源开关关断。
更可选地，所述功率开关管的源极电压小于K*Vref/Rcs则判定为低电平，其中，K为最低调光亮度的比例系数，Vref为参考电压，Rcs为采样单元的阻值。更可选地，所述功率开关管的源极电压的有效电平持续设定时间，所述设定时间不小于输入电源的工频周期。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种线性LED驱动电路的调光控制方法，所述线性LED驱动电路的调光控制方法至少包括：
采用上述线性LED驱动电路的电源开关检测方法检测电源开关的状态，当检测到所述电源开关关断后再开通时基于记忆的上一工作状态输出对应的参考电压，以调整功率开关管的工作状态，进而实现调光操作。
如上所述，本发明的线性LED驱动电路、电源开关检测方法及调光控制方法，具有以下
有益效果：
1、本发明的线性LED驱动电路、电源开关检测方法及调光控制方法通过检测功率开关管Q的导通状态判断电源开关的状态，不受电源开关的漏电流影响。
2、本发明的线性LED驱动电路、电源开关检测方法及调光控制方法利用输入电容保证工作状态，无需额外电容来储存工作状态。
附图说明
图1显示为本发明的线性LED驱动电路的一种实现方式示意图。
图2显示为本发明的线性LED驱动电路的电源开关检测方法的流程示意图。
图3显示为本发明的线性LED驱动电路的另一种实现方式示意图。
元件标号说明
1 线性LED驱动电路
11 电源输入模块
12 供电模块
13 驱动模块
13a 第一驱动模块
13b 第二驱动模块
131 采样单元
132 参考电压产生单元
133 驱动单元
133a 第一驱动单元
133b 第二驱动单元
141 第一开关检测单元
142 第二开关检测单元
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1～图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种线性LED驱动电路1，所述线性LED驱动电路1包括：
电源输入模块11、供电模块12、驱动模块13及电源开关检测模块。
如图1所示，所述电源输入模块11接收输入电源AC_in，将所述输入电源AC_in转化为直流母线电压HV。
具体地，所述电源输入模块11的第一交流输入端连接零线N，第二交流输入端经由电源开关SW连接相线L，输出直流母线电压HV。在本实施例中，所述电源输入模块11包括整流桥，具体结构在此不一一赘述。
如图1所示，所述供电模块12连接于所述电源输入模块11的输出端，用于提供工作电压VDD。
如图1所示，所述驱动模块13连接于所述电源输入模块11的输出端，用于驱动LED发光。
具体地，在本实施例中，所述驱动模块13包括LED灯段LED，功率开关管Q，采样单元131，参考电压产生单元132及驱动单元133。所述LED灯段LED的正极连接所述电源输入模块11的输出端，负极连接所述功率开关管Q的漏极。所述功率开关管Q的源极经由所述采样单元131接地，在本实施例中，所述采样单元131包括采样电阻Rcs。所述参考电压产生单元132的输入端连接所述电源开关检测模块，输出端连接所述驱动单元133的第一输入端；所述驱动单元133的第二输入端连接所述功率开关管Q的源极，输出端连接所述功率开关管Q的栅极；在本实施例中，所述驱动单元133的正相输入端连接所述参考电压产生单元132、反相输入端连接所述功率开关管Q的源极，在实际使用中，可通过增加反相器等器件实现所述驱动单元133的输入信号与输入端的连接互换，能实现相应的驱动功能即可，不以本实施例为限。
需要说明的是，所述驱动模块13的具体结构可根据需要进行设定，不限于本实施例所列举的架构。
如图1所示，所述电源开关检测模块，用于检测所述电源开关SW的关断状态，通过检测功率开关管Q的导通状态判断电源开关SW的状态，不受电源开关SW的漏电流影响。
具体地，所述电源开关检测模块包括第一开关检测单元141及第二开关检测单元142中的至少一个。在本实施例中，所述电源开关检测模块包括所述第一开关检测单元141及所述第二开关检测单元142。在实际使用中，可根据需要设置所述第一开关检测单元141及所述第二开关检测单元142中的一个或两个，在此不一一赘述。
更具体地，所述第一开关检测单元141连接所述驱动模块13中功率开关管Q的漏极及栅极，基于所述功率开关Q的漏极电压及栅极电压判断所述电源开关SW的导通或关断情况，并控制所述参考电压产生单元132调整输出对应的参考电压值。
更具体地，所述第二开关检测单元142连接所述功率开关管Q的源极，基于所述功率开关管Q的源极电压判断所述电源开关SW的导通或关断情况，并控制所述参考电压产生单元132调整输出对应的参考电压值。
作为本发明的一种实现方式，为了进一步提高检测的准确性，所述第一开关检测单元141及所述第二开关检测单元142均包括电平检测器及时间检测器；所述电平检测器连接所述驱动模块13，用于判断检测电压的电平；所述时间检测器连接于所述电平检测器的输出端，用于检测所述电平检测器输出有效电平的持续时间。在所述直流母线电压HV谷底期间，所述功率开关管Q会处于一直导通的状态，此时就会误判所述电源开关SW关闭，因此通过增加时间检测器设定一个持续的检测时间，在设定时间内所述功率开关管Q处于常通状态就认为所述电源开关SW关闭，设定时间通常不小于输入电源的工频周期，以确保不会出现误判。此外，增加时间检测器设定一个持续的检测时间还能够避免电源开关SW打火的尖峰干扰，还可以避免电源开关SW漏电带来的母线尖峰干扰。
作为本发明的一种实现方式，所述线性LED驱动电路1还包括第一电容C1，所述第一电容C1的一端连接所述电源输入模块11的输出端，另一端接地；所述线性LED驱动电路1利用所述第一电容C1(输入电容)保证工作状态，无需额外电容来储存工作状态。需要说明的是，在所述驱动模块13的架构发生变化时，当输入电源的工频周期谷底期间，有足够能量让所述驱动模块13及所述电源开关检测模块维持工作，则无需增加所述第一电容C1，在此不一一赘述。
在本实施例中，所述供电模块12、所述功率开关管Q、所述参考电压产生单元132、所述驱动单元133及所述电源开关检测模块集成于一芯片内，所述供电模块12的输入端作为高压端HV，所述功率开关管Q的漏极作为输出端OUT，所述功率开关管Q的源极作为采样端CS。
实施例二
如图2所示，本实施例提供一种线性LED驱动电路的电源开关检测方法，在本实施例中，所述线性LED驱动电路的电源开关检测方法基于实施例一的线性LED驱动电路1实现，在实际应用中，任意可检测功率开关管导通状态的电路结构均可实现本方法，所述线性LED驱动电路的电源开关检测方法包括：
检测线性LED驱动电路中功率开关管Q的状态，当所述功率开关管Q导通且没有电流流过时判定电源开关SW关断。
如图2所示，检测所述功率开关管导通且没有电流流过的方法包括两种，可选择其中任意一种，也可同时采用其中两种，任意一种检测结果起效均判定电源开关关断。在本实施例中，同时采用两种检测方法进行检测。
具体地，检测方法一包括：检测所述功率开关管Q的漏极电压及栅极电压，当所述功率开关管Q的漏极电压为低电平且所述功率开关管Q的栅极电压为高电平时判定所述电源开关SW关断。
需要说明的是，调光时输出电流很小的情况下，所述功率开关管Q的漏极电压可能也不高(低电平)，容易出现误判，但是在这种情况下所述功率开关管Q的栅极电压是在MOSFET开通的阈值电压附近，因此可以通过栅极高电平来做识别，减少误判的情况发生。
更具体地，在本实施例中，所述功率开关管Q的漏极电压不大于ILED*RDSON则判定为低电平，其中，ILED为流过所述功率开关管Q的电流，RDSON为所述功率开关管Q导通时漏源间的阻值。所述功率开关管Q的栅极电压不小于(Vth+VDD)/2则判定为高电平，其中，Vth为所述功率开关管的阈值电压，VDD为工作电压；正常工作时所述功率开关管Q的栅极电压在阈值电压Vth附近，而高电平时所述功率开关管Q的栅极电压会接近工作电压VDD。
更具体地，为了进一步提高检测的准确性，作为本发明的另一种实现方式，设置一个持续的检测时间，在设定时间内所述功率开关管Q的漏极电压保持低电平(有效电平)，所述功率开关管Q的栅极电压保持高电平(有效电平)，则认为所述电源开关SW关闭，所述设定时间通常不小于输入电源的工频周期。在所述直流母线电压HV谷底期间，所述功率开关管Q会处于一直导通的状态，此时仅通过电平判断就会出现误判，因为，通过持续的检测时间可以确保不出现误判的情况。
具体地，检测方法二包括：检测所述功率开关管Q的源极电压，当所述功率开关管Q的源极电压为低电平时判定所述电源开关SW关断。
更具体地，在本实施例中，所述功率开关管Q的源极电压小于K*Vref/Rcs则判定为低电平，其中，K为最低调光亮度的比例系数，Vref为参考电压，Rcs为采样单元的阻值。假设最低调光亮度为30％，则K即为0.3，若所述功率开关管Q的源极电压设置为0.2Vref/Rcs则认为所述功率开关管Q的源极电压为低电平。
更具体地，为了进一步提高检测的准确性，作为本发明的另一种实现方式，所述功率开关管Q的源极电压在设定时间内保持低电平(有效电平)，则认为所述电源开关SW关闭，以避免出现误判，其中，所述设定时间通常不小于输入电源的工频周期。
需要说明的是，增加设定时间检测还能够避免电源开关SW打火的尖峰干扰，还可以避免电源开关SW漏电带来的母线尖峰干扰。
实施例三
如图3所示，本实施例提供一种线性LED驱动电路1，与实施例一的不同之处在于，所述线性LED驱动电路1包括两个驱动模块，且去除所述第一电容C1以实现高功率因数。
具体地，如图3所示，所述线性LED驱动电路1包括第一驱动模块13a及第二驱动模块13b，所述第一驱动模块13a包括第一LED灯段LED1，第一功率开关管Q1，第一采样单元，第一参考电压产生单元及第一驱动单元133a；所述第二驱动模块13b包括第二LED灯段LED2，第二功率开关管Q2，第二采样单元，第二参考电压产生单元及第二驱动单元133b；其中，第一参考电压产生单元及第二参考电压产生单元合并为参考电压产生单元132。具体连接关系参见实施例一，在此不一一赘述。
具体地，如图3所示，作为本发明的另一种实现方式，所述线性LED驱动电路1还包括第二电容C2，所述第二电容C2的一端连接所述供电模块12的输出端，另一端接地。在本实施方式中，由于去除了所述第一电容C1，因此可得到高的功率因数PF，同时，所述第二电容C2为所述驱动模块13及所述电源开关检测模块维持工作电压VDD。
需要说明是，本实施例的线性LED驱动电路可包括多个通道，不限于本实施例列举的两个通道。本实施例的其它器件及工作原理与实施例一类似，在此不一一赘述。
实施例四
本实施例提供一种线性LED驱动电路的调光控制方法，所述线性LED驱动电路的调光控制方法包括：
采用实施例二所述的线性LED驱动电路的电源开关检测方法检测电源开关SW的状态，当检测到所述电源开关SW关断后再开通时时基于记忆的上一工作状态输出对应的参考电压，以调整功率开关管Q的工作状态，进而实现调光操作。
具体地，在单通道LED调光的应用中，可依据所述电源开关SW不同的关断次数调整不同的亮度，例如，所述电源开关SW第一次打开后LED灯段显示为100％的亮度；随后所述电源开关SW第一次关断，并被检测到，迅速开启后基于前一工作状态对应的亮度为100％调整输出下一工作状态对应的参考电压，以使得LED灯段显示为50％亮度，其中，各工作状态的设置预先记忆(存储)于电路中；然后所述电源开关SW第二次关断，并被检测到，迅速开启后LED灯段显示为30％亮度；若所述电源开关SW第三次关断，并被检测到，但是长时间未开启，则再次开启后LED灯段的亮度恢复至原始状态(100％的亮度)。
需要说明的是，调节亮度的顺序和亮度百分比可根据需要进行设定，不以本实施例为限。
具体地，在多通道LED调光的应用中，可依据所述电源开关SW不同的关断次数调整不同的色温，例如，所述电源开关SW第一次打开后第一色温通道打开；随后所述电源开关SW第一次关断，并被检测到，迅速开启后第二色温通道打开；然后所述电源开关SW第二次关断，并被检测到，迅速开启后第一色温通道及第二色温通道同时打开；若所述电源开关SW第三次关断，并被检测到，但是长时间未开启，则再次开启后色温恢复至原始状态(第一色温通道打开)。
需要说明的是，调节色温的顺序和通道数量可根据需要进行设定，不以本实施例为限。调节色温的同时也可对亮度进行调节，再此不一一赘述。
需要说明的是，调光包括但不限于亮度及色温，任意调光操作均适用于本发明，在此不一一赘述。
综上所述，本发明提供一种线性LED驱动电路、电源开关检测方法及调光控制方法，包括与电源开关连接，提供直流母线电压的电源输入模块；提供工作电压的供电模块；驱动LED发光的至少一驱动模块；及检测电源开关的关断状态的电源开关检测模块，其中，电源开关检测模块包括第一开关检测单元及第二开关检测单元中的至少一个，第一开关检测单元基于功率开关管的漏极电压及栅极电压判断电源开关的导通或关断情况，第二开关检测单元基于功率开关管的源极电压判断电源开关的导通或关断情况，以实现调光操作。本发明的线性LED驱动电路、电源开关检测方法及调光控制方法通过检测功率开关管Q的导通状态判断电源开关SW的状态，不受电源开关SW的漏电流影响；利用输入电容保证工作状态，无需额外电容来储存工作状态。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种线性LED驱动电路，其特征在于，所述线性LED驱动电路至少包括：
电源输入模块，输入端串联一电源开关，用于提供直流母线电压；
供电模块，连接于所述电源输入模块的输出端，用于提供工作电压；
至少一驱动模块，连接于所述电源输入模块的输出端，用于驱动LED发光；
电源开关检测模块，用于检测所述电源开关的关断状态；
其中，所述电源开关检测模块包括第一开关检测单元及第二开关检测单元中的至少一个，所述第一开关检测单元连接各驱动模块中功率开关管的漏极及栅极，基于各功率开关管的漏极电压及栅极电压判断所述电源开关的导通或关断情况，并控制对应驱动模块中参考电压产生单元调整参考电压的值，以实现调光操作；所述第二开关检测单元连接各功率开关管的源极，基于各功率开关管的源极电压判断所述电源开关的导通或关断情况，并控制对应参考电压产生单元调整参考电压的值，以实现调光操作。
2.根据权利要求1所述的线性LED驱动电路，其特征在于：所述驱动模块包括LED灯段，功率开关管，采样单元，参考电压产生单元及驱动单元；
所述LED灯段的正极连接所述电源输入模块的输出端，负极连接所述功率开关管的漏极，所述功率开关管的源极经由所述采样单元接地；
所述参考电压产生单元的输入端连接所述电源开关检测模块，输出端连接所述驱动单元的第一输入端；
所述驱动单元的第二输入端连接所述功率开关管的源极，输出端连接所述功率开关管的栅极。
3.根据权利要求1所述的线性LED驱动电路，其特征在于：所述线性LED驱动电路还包括第一电容，所述第一电容的一端连接所述电源输入模块的输出端，另一端接地。
4.根据权利要求1所述的线性LED驱动电路，其特征在于：所述线性LED驱动电路还包括第二电容，所述第二电容的一端连接所述供电模块的输出端，另一端接地。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的线性LED驱动电路，其特征在于：各开关检测单元包括电平检测器及时间检测器；所述电平检测器连接所述驱动模块，用于判断检测电压的电平；所述时间检测器连接于所述电平检测器的输出端，用于检测所述电平检测器输出有效电平的持续时间。
6.一种线性LED驱动电路的电源开关检测方法，其特征在于，所述线性LED驱动电路的电源开关检测方法至少包括：检测线性LED驱动电路中功率开关管的状态，当所述功率开关管导通且没有电流流过时判定电源开关关断。
7.根据权利要求6所述的线性LED驱动电路的电源开关检测方法，其特征在于：检测所述功率开关管的漏极电压及栅极电压，当所述功率开关管的漏极电压为低电平且所述功率开关管的栅极电压为高电平时判定所述电源开关关断。
8.根据权利要求7所述的线性LED驱动电路的电源开关检测方法，其特征在于：所述功率开关管的漏极电压不大于ILED*RDSON则判定为低电平，其中，ILED为流过所述功率开关管的电流，RDSON为所述功率开关管导通时漏源间的阻值；所述功率开关管的栅极电压不小于(Vth+VDD)/2则判定为高电平，其中，Vth为所述功率开关管的阈值电压，VDD为工作电压。
9.根据权利要求7所述的线性LED驱动电路的电源开关检测方法，其特征在于：所述功率开关管的漏极电压及所述功率开关管的栅极电压的有效电平持续设定时间，所述设定时间不小于输入电源的工频周期。
10.根据权利要求6～9任意一项所述的线性LED驱动电路的电源开关检测方法，其特征在于：检测所述功率开关管的源极电压，当所述功率开关管的源极电压为低电平时判定所述电源开关关断。
11.根据权利要求10所述的线性LED驱动电路的电源开关检测方法，其特征在于：所述功率开关管的源极电压小于K*Vref/Rcs则判定为低电平，其中，K为最低调光亮度的比例系数，Vref为参考电压，Rcs为采样单元的阻值。
12.根据权利要求10所述的线性LED驱动电路的电源开关检测方法，其特征在于：所述功率开关管的源极电压的有效电平持续设定时间，所述设定时间不小于输入电源的工频周期。
13.一种线性LED驱动电路的调光控制方法，其特征在于：所述线性LED驱动电路的调光控制方法至少包括：
采用如权利要求6～12任意一项所述的线性LED驱动电路的电源开关检测方法检测电源开关的状态，当检测到所述电源开关关断后再开通时基于记忆的上一工作状态输出对应的参考电压，以调整功率开关管的工作状态，进而实现调光操作。
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