CN113099575A - 一种基于多类电源输入的led电源控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于多类电源输入的LED电源控制系统和方法，其包括主控模块、连于主控模块的若干个分控模块、对应于各个分控模块的若干个照明模块、以及用于为照明模块供电的电源模块，主控模块内设置有寻址表，寻址表内存储有分控模块的地址；分控模块包括连于电源模块的供电输入端、连于照明模块的供电输出端、连于主控模块的参数接收端、以及连于照明模块的电压检测端和电流检测端；分控模块通过供电输入端获取电源模块输入的电能，分控模块获取照明模块的电压检测信号，并获取照明模块的电流检测信号；分控模块基于电压检测信号和电流检测信号调整供电输出端输出的电能。本申请具有保证多电源输入下照明模块的稳定性和照明效果的优点。

Description

一种基于多类电源输入的LED电源控制系统和方法

技术领域

本申请涉及LED发光的领域，尤其是涉及一种基于多类电源输入的LED电源控制系统和方法。

背景技术

UV紫外光固化，是利用UV紫外光的中、短波将液态UV材料中的光引发剂刺激变为自由基或阳离子，从而引发含活性官能团的高分子材料（树脂）聚合成固体涂膜的过程。现在UV固化大都采用汞灯及集成UV LED光源固化，现有技术方案为利用LED点光源通电后发出的特定波长的紫外线光达到固化目的。

UV光LED灯的发热功率较高，使用寿命较低，通常需要进行频繁地更换。对于不同的高分子涂层材料，所需要的UV波长具有一定的差异，因此需要设置多个照明模块，不同照明模块对应于不同发光频率的LED灯，且对应于不同的电源电压。在每一次换灯时，由于电源输出电压的差别较大，在组装时需要精确地将相应的电源与照明模块相对应，不仅费时费力，而且在错误装配时也会将照明模块烧坏。

发明内容

为了保证多电源输入下照明模块的稳定性和照明效果，本申请提供一种基于多类电源输入的LED电源控制系统和方法。

第一方面，本申请提供的一种基于多类电源输入的LED电源控制系统，采用如下的技术方案：

一种基于多类电源输入的LED电源控制系统，包括主控模块、连于主控模块的若干个分控模块、对应于各个分控模块的若干个照明模块、以及用于为照明模块供电的电源模块，所述主控模块内设置有寻址表，所述寻址表内存储有各个分控模块的地址；

所述分控模块包括连于电源模块的供电输入端、连于照明模块的供电输出端、连于主控模块的参数接收端、以及连于照明模块的电压检测端和电流检测端；所述分控模块通过供电输入端获取电源模块输入的电能，所述分控模块基于电压检测端获取照明模块的电压检测信号，并基于电流检测端获取照明模块的电流检测信号；所述分控模块基于电压检测信号和电流检测信号调整供电输出端输出的电能。

通过采用上述技术方案，比如在光刻技术中，不同频率的光束能够与多层高分子材料涂层中的不同涂层分别发生反应，因此照明模块为多个，由于LED灯的使用寿命较低，需要频繁进行更换，为了避免LED灯装配在不合适的电源上，在本方案中，主控模块对各分控模块进行统一控制，当与主控模块连接的分控模块增加或减少时，主控模块相应的对寻址表进行更新。主控模块基于寻址表内的地址，向各分控模块输入相应的参数。由于接入分控模块的电源模块的输出可能会有差异，分控模块对电源输出进行调整，避免不合适的输入烧坏照明模块。分控模块还对照明模块的工作电压和工作电流进行检测，从而使得输出的电能更接近于照明电路的额定值，从而获得更好的照明效果。

可选的，所述分控模块基于电压检测信号和电流检测信号确定照明模块的参考工作电压参数，并基于参考工作电压参数和电源模块的电压值调节输出到照明模块的供电电压。

通过采用上述技术方案，当照明模块的输入电压连续变化时，照明模块的电压检测信号和电流检测信号也会相应发生变化，分控模块基于电压检测信号和电流检测信号能够得到伏安特性曲线，从而确定对应于照明模块的合适的供电电压。

可选的，所述分控模块包括分控MCU和若干变压单元，所述分控MCU连于照明模块的电压检测端和电流检测端，所述变压单元连于电源模块和照明模块的供电输入端，所述变压单元上设置有触发端，所述分控MCU基于参考工作电压参数和电源模块的电压值向变压单元的触发端发送开关信号。

通过采用上述技术方案，变压单元具有多个，不同的变压单元具有不同的输入电压和输出电压，相比于能够实现较大变压范围的绕线变压器等，将不同的变压单元进行组合进行变压，电路的体积较小。分控MCU通过开关信号导通不同的变压单元，不同开关信号的组合实现了变压单元的组合，从而实现变压。

可选的，所述照明模块包括LED灯板，所述LED灯板上设置有连于供电输出端的电能输入端、用于输出电流检测信号的电流检测输出端、以及用于输出电压检测信号的电压检测输出端。

第二方面，本申请提供的一种基于多类电源输入的LED电源控制方法，采用如下的技术方案：

一种基于多类电源输入的LED电源控制方法，包括以下步骤：

主控模块检测并获取各分控MCU的地址，并存储于寻址表中；

分控MCU控制输入到照明模块的供电电压逐渐增大，并间隔地获取电压检测信号和电流检测信号；

判断相邻两次电压检测信号的电压差是否小于预设阈值，若是则停止供电电压的增大，并将供电电压的当前电压值作为参考工作电压参数；

分控MCU基于参考工作电压参数和电源模块的电压值调节输出到照明模块的供电电压；

基于调整策略调整供电电压的输出。

通过采用上述技术方案，通过电压检测信号和电流检测信号的检测，获取照明模块的伏安特性曲线，从而获得参考工作电压参数。分控MCU基于参考工作电压参数和电源模块的电压值对供电电压进行调节，以降低高电压烧坏照明模块或低电压使得照明模块 无法正常工作的风险。

可选的，所述调整策略包括以下步骤：

步骤一：将一照明区域上所有照明模块对应的各分控模块分别作为调整对象，计算调整对象的数量；

步骤二：将所有的调整对象划分为若干个调整组，其中，各调整组内调整对象的数量差值小于等于预设值；

步骤三：基于照明模块的一个亮灭周期将相位划分为均匀的若干相位区间，并建立对应于相位区间的随机数区间，其中，随机数区间内的随机数与相位区间内的相位一一映射，相位区间的数量等于调整组的数量，随机数区间为均匀的实数区间；

步骤四：建立调整组与随机数区间的一一映射关系；

步骤五：基于随机数区间随机获取随机数，将获得的随机数列入随机数集合，并基于分散策略确定随机数集合，其中，随机数集合对应于调整组，随机数集合内元素的个数等于调整组内调整对象的数量；

步骤六：基于随机数集合确定相应调整组内调整对象输出的PWM信号的相位，其中，调整对象输出的PWM信号的相位为该随机数映射的相位。

通过采用上述技术方案，UV光LED灯的发热功率较高，通常需要使用冷却装置进行冷却，在本方案中采用PWM控制来使得LED灯间断发光，从而使得LED灯在发光间隙中进行冷却。由于照明模块具有多个，为了使得照明模块的发光相对均匀，由于照明模块的供电电压进行PWM调制，当各照明模块供电电压的相位相近时，容易发生间歇性熄灭，从而间断照射过程，使得照射时长不确定。调整策略利用随机数将PWM信号的相位分组后再错开，从而实现PWM相位的分散，发光更为均匀，也避免UV照射发生间断。此外，由于在均匀区间进行随机取样时容易产生正态分布，因此利用分组的步骤能够有效地提高随机数的分散程度。

相比于将相位均匀排布的设置，由于MCU的参数各不相同且在使用过程中会发生老化，因此排布后的相位在使用中会发生逐渐靠近或远离的风险。定期对相位进行随机分布，能够保证PWM相位的分散，发光更为均匀。

可选的，还包括以下步骤：所述主控MCU获取亮度调整参数，并基于亮度调整参数向分控MCU发送调整参数；所述分控MCU基于调整参数对传输到照明模块的电流进行调整。

通过采用上述技术方案，通过调整参数控制分控MCU，以对照明模块的发光亮度进行调整。

可选的，所述分散策略包括以下步骤：

计算随机数集合的方差，并判断方差是否在预设范围内，若否则重新进行步骤五以更新随机数集合，若是则进入步骤六。

通过采用上述技术方案，降低随机数的选取过于分散或过于集中的概率。

具体实施方式

本申请实施例公开一种基于多类电源输入的LED电源控制系统。该电源控制系统包括主控模块、连于主控模块的若干个分控模块、对应于各个分控模块的若干个照明模块、以及用于为照明模块供电的电源模块。

主控模块具有较强的计算能力，在本实施例中，主控模块为主控MCU。主控模块内设置有寻址表，寻址表内存储有各个分控模块的地址。主控模块对各分控模块进行统一控制，当与主控模块连接的分控模块增加或减少时，主控模块相应的对寻址表进行更新。同时，主控模块上设置有参数输入端，主控模块基于寻址表内的地址，向各分控模块输入相应的参数。

分控模块的数量具有多个，每个分控模块分别与一个照明模块相对应。分控模块包括连于电源模块的供电输入端、连于照明模块的供电输出端、连于主控模块的参数接收端、以及连于照明模块的电压检测端和电流检测端。在本实施例中，分控模块包括分控MCU和若干变压单元，分控MCU连于照明模块的电压检测端和电流检测端，变压单元连于电源模块和照明模块的供电输入端，变压单元上设置有触发端，分控MCU基于参考工作电压参数和电源模块的电压值向变压单元的触发端发送开关信号。由于变压单元具有多个，不同的变压单元具有不同的输入电压和输出电压，相比于能够实现较大变压范围的绕线变压器等，将不同的变压单元进行组合进行变压，电路的体积较小。分控MCU通过开关信号导通不同的变压单元，不同开关信号的组合实现了变压单元的组合，从而实现变压。

分控MCU通过供电输入端获取电源模块输入的电能，基于电压检测端获取照明模块的电压检测信号，同时基于电流检测端获取照明模块的电流检测信号。通过获取电压检测信号和电流检测信号，分控MCU得到照明模块的伏安特性曲线，从而确定照明模块的参考工作电压参数，并基于参考工作电压参数和电源模块的电压值调节输出到照明模块的供电电压。

具体的，照明模块包括LED灯板，LED灯板上设置有连于供电输出端的电能输入端、用于输出电流检测信号的电流检测输出端、以及用于输出电压检测信号的电压检测输出端。由LED灯的伏安特性曲线可知，LED的工作电压在电流增大到一定程度后变化很小，因此对电压检测信号和电流检测信号进行测量，能够较好地获取未知型号的LED灯的额定电压。

本申请实施例还公开一种基于多类电源输入的LED电源控制方法，用于上述电源控制系统，包括以下步骤：

S1.主控模块检测并获取各分控MCU的地址，并存储于寻址表中；

S2.分控MCU控制输入到照明模块的供电电压逐渐增大，并间隔地获取电压检测信号和电流检测信号；

S3.判断相邻两次电压检测信号的电压差是否小于预设阈值，若是则停止供电电压的增大，并将供电电压的当前电压值作为参考工作电压参数；

S4.分控MCU基于参考工作电压参数和电源模块的电压值调节输出到照明模块的供电电压；

S5.基于调整策略调整供电电压的输出；

S6.主控MCU获取亮度调整参数，并基于亮度调整参数向分控MCU发送调整参数；所述分控MCU基于调整参数对传输到照明模块的电流进行频率调整。

通过电压检测信号和电流检测信号的检测，获取照明模块的伏安特性曲线，从而获得参考工作电压参数。分控MCU基于参考工作电压参数和电源模块的电压值对供电电压进行调节，以降低高电压烧坏照明模块或低电压使得照明模块无法正常工作的风险。

其中，调整策略包括以下步骤：

步骤一：将各分控模块分别作为一个调整对象，计算调整对象的数量；

步骤二：将所有的调整对象划分为若干个调整组，其中，各调整组内调整对象的数量差值小于等于预设值；

步骤三：基于照明模块的一个亮灭周期将相位划分为均匀的若干相位区间，并建立与对应于相位区间的随机数区间，其中，随机数区间内的随机数与相位区间内的相位一一映射，相位区间的数量等于调整组的数量，随机数区间为均匀的实数区间；

调整组的数量越多，则分控模块的PWM信号的相位则分布更为均匀，在本实施例中，调整组的数量为四个。由于调整对象的数量不一定是四的整数，比如调整对象为201个，即使平均分配，也会发生某一组多余其它三组的情况，同时调整组内调整对象的数量也可以有一定差异，因此各调整组内调整对象的数量差值小于等于预设值即可。在本实施例中，预设值为1。

步骤四：建立调整组与随机数区间的一一映射关系；

步骤五：基于随机数区间随机获取随机数，将获得的随机数列入随机数集合，并基于分散策略确定随机数集合，其中随机数集合对应于调整组，随机数集合内元素的个数等于调整组内调整对象的数量；

步骤六：基于随机数集合确定相应调整组内调整对象输出的PWM信号的相位，其中，调整对象输出的PWM信号的相位为该随机数映射的相位。

UV光LED灯的发热功率较高，通常需要使用冷却装置进行冷却，在本方案中采用PWM控制来使得LED灯间断发光，从而使得LED灯在发光间隙中进行冷却。由于照明模块具有多个，为了使得照明模块的发光相对均匀，由于照明模块的供电电压进行PWM调制，当各照明模块供电电压的相位相近时，容易发生间歇性熄灭，从而间断照射过程，使得照射时长不确定。调整策略利用随机数将PWM信号的相位分组后再错开，从而实现PWM相位的分散，发光更为均匀，也避免UV照射发生间断。此外，由于在均匀区间进行随机取样时容易产生正态分布，因此利用分组的步骤能够有效地提高随机数的分散程度。

相比于将相位均匀排布的设置，由于MCU的参数各不相同且在使用过程中会发生老化，因此排布后的相位在使用中会发生逐渐靠近或远离的风险。定期对相位进行随机分布，能够保证PWM相位的分散，发光更为均匀。

其中，分散策略包括以下步骤：

计算随机数集合的方差，并判断方差是否在预设范围内，若否则重新进行步骤五以更新随机数集合，若是则进入步骤六。

通过由于在进行多次随机数选取时，随机数的分容易产生正态分布，集中在某一个或几个值附近，因此对其进行方差计算，基于方差值判断是否需要重新计算，从而降低随机数的选取过于分散或过于集中的概率。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于多类电源输入的LED电源控制系统，其特征在于，包括主控模块、连于主控模块的若干个分控模块、对应于各个分控模块的若干个照明模块、以及用于为照明模块供电的电源模块，所述主控模块内设置有寻址表，所述寻址表内存储有各个分控模块的地址；

所述分控模块包括连于电源模块的供电输入端、连于照明模块的供电输出端、连于主控模块的参数接收端、以及连于照明模块的电压检测端和电流检测端；所述分控模块通过供电输入端获取电源模块输入的电能，所述分控模块基于电压检测端获取照明模块的电压检测信号，并基于电流检测端获取照明模块的电流检测信号；所述分控模块基于电压检测信号和电流检测信号调整供电输出端输出的电能。

2.根据权利要求1所述的基于多类电源输入的LED电源控制系统，其特征在于，所述分控模块基于电压检测信号和电流检测信号确定照明模块的参考工作电压参数，并基于参考工作电压参数和电源模块的电压值调节输出到照明模块的供电电压。

3.根据权利要求2所述的基于多类电源输入的LED电源控制系统，其特征在于，所述分控模块包括分控MCU和若干变压单元，所述分控MCU连于照明模块的电压检测端和电流检测端，所述变压单元连于电源模块和照明模块的供电输入端，所述变压单元上设置有触发端，所述分控MCU基于参考工作电压参数和电源模块的电压值向变压单元的触发端发送开关信号。

4.根据权利要求3所述的基于多类电源输入的LED电源控制系统，其特征在于，所述照明模块包括LED灯板，所述LED灯板上设置有连于供电输出端的电能输入端、用于输出电流检测信号的电流检测输出端、以及用于输出电压检测信号的电压检测输出端。

5.一种基于多类电源输入的LED电源控制方法，其特征在于，用于权利要求1-4任意一项所述的LED电源控制系统，包括以下步骤：

主控模块检测并获取各分控MCU的地址，并存储于寻址表中；

分控MCU控制输入到照明模块的供电电压逐渐增大，并间隔地获取电压检测信号和电流检测信号；

判断相邻两次电压检测信号的电压差是否小于预设阈值，若是则停止供电电压的增大，并将供电电压的当前电压值作为参考工作电压参数；

分控MCU基于参考工作电压参数和电源模块的电压值调节输出到照明模块的供电电压；

基于调整策略调整供电电压的输出。

6.根据权利要求5所述的基于多类电源输入的LED电源控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：所述主控MCU获取亮度调整参数，并基于亮度调整参数向分控MCU发送调整参数；所述分控MCU基于调整参数对传输到照明模块的电流进行调整。

7.根据权利要求5所述的基于多类电源输入的LED电源控制方法，其特征在于，所述调整策略包括以下步骤：

步骤一：将一照明区域上所有照明模块对应的各分控模块分别作为一个调整对象，计算调整对象的数量；

步骤二：将所有的调整对象划分为若干个调整组，其中，各调整组内调整对象的数量差值小于等于预设值；

步骤三：基于照明模块的一个亮灭周期将相位划分为均匀的若干相位区间，并建立与对应于相位区间的随机数区间，其中，随机数区间内的随机数与相位区间内的相位一一映射，相位区间的数量等于调整组的数量，随机数区间为均匀的实数区间；

步骤四：建立调整组与随机数区间的一一映射关系；

步骤五：基于随机数区间随机获取随机数，将获得的随机数列入随机数集合，并基于分散策略确定随机数集合，其中，随机数集合对应于调整组，随机数集合内元素的个数等于调整组内调整对象的数量；

步骤六：基于随机数集合确定相应调整组内调整对象输出的PWM信号的相位，其中，调整对象输出的PWM信号的相位为该随机数映射的相位。

8.根据权利要求7所述的基于多类电源输入的LED电源控制方法，其特征在于，所述分散策略包括以下步骤：

计算随机数集合的方差，并判断方差是否在预设范围内，若否则重新进行步骤五以更新随机数集合，若是则进入步骤六。