CN113939059A - 分流式led电流型分段式调光电路、灯具及汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种分流式LED电流型分段式调光电路、灯具及汽车，包括：发光LED、可控恒流负载以及负载开关模块，所述可控恒流负载与发光LED并联，控制发光LED的发光亮度，所述负载开关模块与可控恒流负载连接，调节可控恒流负载的工作状态。本发明通过在发光LED两侧并联一个可控恒流负载来实现调光，由于在发光LED侧基本没有负载变化，因此对原有的电路影响可以忽略。
Description
技术领域
本发明涉及灯具动画控制领域，具体地，涉及一种分流式LED电流型分段式调光电路、灯具及汽车。
背景技术
传统LED灯具动画是直接控制单独一个或者一组LED进行亮灭控制，要实现不同亮度一般会使用PWM对点亮的时间进行调节。但PWM调光方式具有以下缺点：
PWM会造成闪烁，给人带来不好的观感；PWM开关会造成噪声；PWM频率太低的话，会很难匹配比较好的调光动画，太高会造成EMC问题。对于传统分流式PWM调光控制，需要LEDdriver有极高的响应能力和过充抑制能力，这会大大增加驱动成本和降低系统的健壮度。降低整个系统对ESD的耐受能力。
一般来说，实现调光是通过直接短路LED两端(串联型)或者断开LED(并联型)的时间不同来实现LED不同亮度的变化。对于并联型LED有时候还能直接调节单独电流源来实现一个高成本的调光方案。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种分流式LED电流型分段式调光电路、灯具及汽车。
根据本发明提供的一种分流式LED电流型段氏调光电路，包括：发光LED、可控恒流负载以及负载开关模块，所述可控恒流负载与发光LED并联，控制发光LED的发光亮度，所述负载开关模块与可控恒流负载连接，调节可控恒流负载的工作状态。
优选的，所述可控恒流负载包括电阻R1、电阻R5、三极管Q1、三极管Q5、三极管Q2、三极管Q6、三极管Q4以及三极管Q8；
所述电阻R1的一端分别连接发光LED的一端和三极管Q2的发射极，所述电阻R1的另一端分别连接三极管Q2的基极和三极管Q1的发射极，所述三极管Q2的集电极连接三极管Q4的基极，所述三极管Q4的发射极与三极管Q1的基极连接，所述三极管Q4的集电极分别连接三极管Q1的集电极和发光LED的另一端；
所述电阻R5的一端分别连接发光LED的一端和三极管Q6的发射极，所述电阻R5的另一端分别连接三极管Q6的基极和三极管Q5的发射极，所述三极管Q6的集电极连接三极管Q8的基极，所述三极管Q8的发射极与三极管Q5的基极连接，所述三极管Q8的集电极分别连接三极管Q5的集电极和发光LED的另一端。
优选的，所述负载开关包括数字开关V1、数字开关V2、电阻R2、电阻R6、电阻R3、电阻R7、三极管Q3以及三极管Q7；
所述电阻R3的一端连接三极管Q4的基极，所述电阻R3的另一端连接三极管Q3的集电极，所述三极管Q3的基极与电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与数字开关V1的一端连接，所述数字开关V1的另一端与三极管Q3的发射极连接后与发光LED的另一端连接；
所述电阻R7的一端连接三极管Q8的基极，所述电阻R7的另一端连接三极管Q7的集电极，所述三极管Q7的基极与电阻R6的一端连接，所述电阻R6的另一端与数字开关V2的一端连接，所述数字开关V2的另一端与三极管Q7的发射极连接后与发光LED的另一端连接。
优选的，所述三极管Q1、三极管Q4、三极管Q5、三极管Q8的最低放大倍数均为20倍。
优选的，所述电阻R3和电阻R7均为限流保护电阻。
根据本发明提供的一种灯具，包含上述的分流式LED电流型段氏调光电路。
根据本发明提供的一种汽车，包含上述的灯具。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过在发光LED两侧并联一个可控恒流负载来实现调光，由于在发光LED侧基本没有负载变化，因此对原有的电路影响可以忽略。
2、本发明能够有效降低成本，用较小的系统变化实现LED调光。
3、本发明与传统LED调光方法相比，不需要高响应LED驱动器，没有额外的EMC问题。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例中分流式LED电流型分段式调光电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明介绍了一种分流式LED电流型分段式调光电路，通过在发光LED的两端并联两组可以用数字开关信号直接控制的可控恒流负载，处于恒流模式下的发光LED被可控恒流负载分流后，实际电流下降，从而实现调光的效果。
具体的参照图1，包括：发光LED、两组可控恒流负载以及两个负载开关模块，可控恒流负载与发光LED并联，控制发光LED的发光亮度，负载开关模块与可控恒流负载连接，调节可控恒流负载的工作状态。通过控制两组可控恒流负载的工作状态，使发光LED实现四种发光状态。可控恒流负载的数量不仅限于两组，可控恒流负载的数量与发光LED的发光状态的数量呈正相关。
第一组可控恒流负载及其负载开关模块包括电阻R1、三极管Q1、三极管Q2以及三极管Q4，电阻R1的一端分别连接发光LED的一端和三极管Q2的发射极，电阻R1的另一端分别连接三极管Q2的基极和三极管Q1的发射极，第二三极管的集电极连接三极管Q4的基极，三极管Q4的发射极与第一三极管的基极连接，第四三极管的集电极分别连接第一三极管的集电极和发光LED的另一端。
第一组的负载开关包括数字开关V1、电阻R2、电阻R3以及三极管Q3，其中电阻R2的阻值为10kΩ，第三电阻的阻值为100kΩ。电阻R3的一端连接三极管Q4的基极，电阻R3的另一端连接第三三极管的集电极，三极管Q3的基极与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与数字开关V1的一端连接，数字开关V1的另一端与三极管Q3的发射极连接后与发光LED的另一端连接。
第二组可控恒流负载及其负载开关模块包括电阻R5、三极管Q5、三极管Q6以及三极管Q8，电阻R5的一端分别连接发光LED的一端和三极管Q6的发射极，电阻R5的另一端分别连接三极管Q6的基极和三极管Q5的发射极，三极管Q6的集电极连接三极管Q8的基极，三极管Q8的发射极与三极管Q5的基极连接，三极管Q8的集电极分别连接三极管Q5的集电极和发光LED的另一端。
第二组的负载开关包括数字开关V2、电阻R6、电阻R7以及三极管Q7，电阻R7的一端连接三极管Q8的基极，电阻R7的另一端连接三极管Q7的集电极，三极管Q7的基极与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与数字开关V2的一端连接，数字开关V2的另一端与三极管Q7的发射极连接后与发光LED的另一端连接。
数字开关V1和数字开关V2用于开启或关闭并联在发光LED D1两侧的两组可控恒流负载，当数字开关V1为高电压时，开启发光LED的第一组可控恒流负载，当数字开关V2为高电压时，开启发光LED的第二组可控恒流负载。
本发明是通过并联作为假负载的可控恒流负载实现每一个发光LED的比例点亮光效的效果。具体原理如下：
数字开关V1打开时，电阻R2为高电压，三极管Q3基极是高电压，实现三极管Q3导通，三极管Q3导通后工程等效认为D1的第一组恒流假负载模块负极是0V，即接地状态，D1为发光LED，正极是多个LED压差之和，此时恒流模块正负级间压差大于1.4V(单三极管压差0.7V，三极管Q1+三极管Q4压差是0.7V+0.7V＝1.4V)，则三极管Q1，三极管Q4导通开始工作，但此时三极管Q2压差仍未达到0.7V无法导通，因而恒流模块的控制部分电流流向会按照电阻R1->三极管Q1->三极管Q4->电阻R3->三极管Q3。
控制部分，数字开关V1开始工作后，由于电流本身特性是会逐渐增大而非瞬间到达工作电流大小，因此当电流逐渐增大时，电阻R1阻值本身是保持不变，则电阻R1两端电压逐渐增大，当电阻R1两端电压大于0.7V时，三极管Q2导通，电流会分一部分至三极管Q2流过因此流过电阻R1电流会减小，当流过电阻R1电流减小，则电阻R1两端电压会减小，当之前电阻R1两端已经高于0.7V的电压差值再次小于0.7V时，三极管Q2停止工作不导通，恒流模块控制电流再全部通过电阻R1->三极管Q1->三极管Q4->电阻R3->三极管Q3流通。
上述过程电阻R1两端电压会如此循环往复在0.7V上下增大和减小，实现恒流控制模块功能。
D1的第二组可控恒流负载与第一组可控恒流负载电路类似，恒流控制原理相同，元器件参数存在差别，如电阻R1和电阻R5阻值存在区别，电阻R1，电阻R5阻值是基于D1点亮比例效果进行设计的。
设计电阻R1阻值是2.12Ω，三极管Q2导通两侧电压是0.7V，流过电阻R1电流是0.7V/2.12Ω＝0.33A；I1＝1A；流过D1电流＝1A-0.33A＝0.67A，当仅数字开关V1开启，数字开关V2关闭时，第一组可控恒流负载分掉33％电流，实现D1是67％比例点亮效果。
设计电阻R5阻值是1.05Ω，三极管Q6导通两侧电压是0.7V，流过电阻R5电流是0.7V/1.05Ω＝0.67A；I1＝1A；流过D1电流＝1A-0.67A＝0.33A，当仅数字开关V2开启，数字开关V1关闭时，第二组可控恒流负载分掉67％电流，实现D1是33％比例点亮效果。
当数字开关V1开启，数字开关V2开启，第一组可控恒流负载分掉0.33A，第二组可控恒流负载分掉0.67A，D1是0％比例点亮效果。
当数字开关V1关闭，数字开关V2关闭，第一组可控恒流负载未工作，不分掉任何电流，第二组可控恒流负载未工作，不分掉任何电流，D1是100％比例点亮效果。
当要D1为0％，33％，67％，100％点亮时，步骤为：
1、0％-数字开关V1开启，数字开关V2开启，则第一组可控恒流负载分掉33％，第二组可控恒流负载分掉67％，D1电流是0％；
2、33％-数字开关V1关闭，数字开关V2开启，则第一组可控恒流负载未工作，第二组可控恒流负载分掉67％，D1电流是33％；
3、67％-数字开关V1开启，数字开关V2关闭，则第一组可控恒流负载分掉33％，第二组可控恒流负载未工作，D1电流是67％；
4、100％-数字开关V1关闭，数字开关V2关闭，则第一组可控恒流负载未工作，第二组可控恒流负载未工作，D1电流是100％；
由此，按此顺序控制数字开关V1、数字开关V2开启或者关闭实现D1点亮方式是0％，33％，67％，100％。
接下来D2两侧并联和D1两侧一样的模块，即D2两侧同样并联作为假负载的可控恒流负载和负载开关，图示中未具体示出。还可以有更多的发光LED进行串联，每个发光LED上均独立并联有可控恒流负载以及负载开关，实现每一个发光LED按亮度比例点亮，及整体流畅、平滑wiping动画点亮。
在两组可控恒流负载中，三极管Q1和三极管Q4以及三极管Q5和三极管Q8是放大器，本实施例所述三极管Q1、三极管Q4、三极管Q5、三极管Q8的最低放大倍数均为20倍，因此两组可控恒流负载整体放大倍数均是20X20＝400。
本发明设置两个放大器原因是如果只设置一个放大器方案放大倍数不够，当放大倍数不够时，被D1两侧作为假负载的恒流模块分掉的电流越大，使得到D2的电流越小，而这是不利的，为了避免和优化此问题，需要减少被D1两侧恒流模块分掉的电流并且提高到达D2的电流，本发明采用两个放大器，能够大幅减少被D1两侧恒流模块分掉的电流。
在两组可控恒流负载中，电阻R3和电阻R7均为限流保护电阻，在本实施例中，电阻R3设置100KΩ，电阻R7设置100KΩ。若电阻R3和电阻R7的阻值设置较小，会使得与D1串联的下一个发光LED D2的输入电流被电阻R3和电阻R7分掉，导致D2电流变小，为避免此问题，设置电阻R3和电阻R7为大阻值电阻。D3，D4，……，类推都是相似概念，由本发明每个LED两侧并联恒流模块阻流电阻设置大阻值电阻，提高电路设计精确性和可靠性。
本发明介绍一种灯具，该灯具采用了上述的分流式LED电流型段氏调光电路。本发明还介绍了一种汽车，该汽车采用了上述的灯具。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (7)
1.一种分流式LED电流型分段式调光电路，其特征在于，包括：发光LED、可控恒流负载以及负载开关模块，所述可控恒流负载与发光LED并联，控制发光LED的发光亮度，所述负载开关模块与可控恒流负载连接，调节可控恒流负载的工作状态。
2.根据权利要求1所述的分流式LED电流型分段式调光电路，其特征在于：所述可控恒流负载包括电阻R1、电阻R5、三极管Q1、三极管Q5、三极管Q2、三极管Q6、三极管Q4以及三极管Q8；
所述电阻R1的一端分别连接发光LED的一端和三极管Q2的发射极，所述电阻R1的另一端分别连接三极管Q2的基极和三极管Q1的发射极，所述三极管Q2的集电极连接三极管Q4的基极，所述三极管Q4的发射极与三极管Q1的基极连接，所述三极管Q4的集电极分别连接三极管Q1的集电极和发光LED的另一端；
所述电阻R5的一端分别连接发光LED的一端和三极管Q6的发射极，所述电阻R5的另一端分别连接三极管Q6的基极和三极管Q5的发射极，所述三极管Q6的集电极连接三极管Q8的基极，所述三极管Q8的发射极与三极管Q5的基极连接，所述三极管Q8的集电极分别连接三极管Q5的集电极和发光LED的另一端。
3.根据权利要求2所述的分流式LED电流型分段式调光电路，其特征在于：所述负载开关包括数字开关V1、数字开关V2、电阻R2、电阻R6、电阻R3、电阻R7、三极管Q3以及三极管Q7；
所述电阻R3的一端连接三极管Q4的基极，所述电阻R3的另一端连接三极管Q3的集电极，所述三极管Q3的基极与电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与数字开关V1的一端连接，所述数字开关V1的另一端与三极管Q3的发射极连接后与发光LED的另一端连接；
所述电阻R7的一端连接三极管Q8的基极，所述电阻R7的另一端连接三极管Q7的集电极，所述三极管Q7的基极与电阻R6的一端连接，所述电阻R6的另一端与数字开关V2的一端连接，所述数字开关V2的另一端与三极管Q7的发射极连接后与发光LED的另一端连接。
4.根据权利要求2所述的分流式LED电流型分段式调光电路，其特征在于：所述三极管Q1、三极管Q4、三极管Q5、三极管Q8的最低放大倍数均为20倍。
5.根据权利要求2所述的分流式LED电流型分段式调光电路，其特征在于：所述电阻R3和电阻R7均为限流保护电阻。
6.一种灯具，其特征在于：包含权利要求1-5任一项所述的分流式LED电流型分段式调光电路。
7.一种汽车，其特征在于：包含权利要求6所述的灯具。
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