CN115066052A - 一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于双路不同色温LED调色和调光的照明领域，尤其是一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法，针对现有的调色、调光控制方法比较复杂的问题，现提出如下方案，其包括控制单元系统、调色单元系统和调光单元系统，所述控制单元系统输出端与调色单元系统中功率开关单元和反相器相连接；所述功率开关单元的输入端连接光源的输出端；调色单元系统中功率开关单元输出端与调光单元系统中总功率开关单元相连接，本发明利用方波的变化进行控制，能够对灯具的色温和亮度进行调节，提高LED灯具的可控性、应用性和多样性，更贴合实际生活需要，简化复杂的调色、调光控制方法，使LED应用更加方便高效。
Description
技术领域
本发明涉及双路不同色温LED调色和调光的照明技术领域，尤其涉及一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法。
背景技术
LED(Light Emitting Diode)，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED照明一般需要使用专用驱动方案，包括调光或调色的驱动，而驱动方案一般来说有两种：线性驱动和开关型驱动。
线性驱动应用是一种最为简单和最为直接的驱动应用方式。在照明级白光LED应用中，虽然存在着效率低、调节性差等问题，但是由于其电路简单、体积小巧，能满足一些特定的场合应用较多。
开关型驱动可以获得良好的电流控制精度和较高的总体效率,应用方式主要分为降压式和升压式两大类。降压式开关驱动是针对电源电压高于LED的端电压或者是多个LED采用并联驱动情况下的应用。升压式开关驱动是针对电源电压低于LED的端电压或者是多个LED采用串联驱动情况下的应用。
想要获得稳定的照明灯光，就需要设计与灯具相匹配的驱动控制电路，随着LED照明的普及，LED变色已经很普遍，通常是信号指令控制变色(假如常见的电源开关变色、遥控器发射指令变色)，外接调压器或电源，周波“切相”实现调光；
现有技术中，调色、调光控制方法比较复杂，因此我们提出了一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法，用来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在调色、调光控制方法比较复杂的缺点，而提出的一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法，包括控制单元系统、调色单元系统和调光单元系统，所述控制单元系统输出端与调色单元系统中功率开关单元和反相器相连接；所述功率开关单元的输入端连接光源的输出端；调色单元系统中功率开关单元输出端与调光单元系统中总功率开关单元相连接；所述电源的输出端与所述控制单元系统、调色单元系统和调光单元系统相连接，控制方法包括以下步骤：
S1、控制单元系统的调色控制通过信号发生装置发出矩形波信号的占空比实现；
S2、控制单元系统的调光控制通过一个PWM矩形波信号周期在重复出现的时间间隔实现；
S3、调色单元系统的调色实现通过PWM矩形波信号的占空比及驱动两组光源实现；
S4、调光单元系统的调光实现通过单稳态触发器产生矩形波信号的一个矩形波信号周期的开始和结束时间实现。
优选的，所述控制单元系统控制指令输入可以多种形式输入，包括但不限于：导线直接连接指令信号源、由无线电接收电路接收指令信号、由光电耦合电路接收指令信号由语音识别电路接收语音指令信号、由隔离电容感应指令信号或键按键输入控制指令。
优选的，所述控制单元系统PWM信号是由控制单元的算法产生，根据控制指令要求输出不同状态的PWM信号，PWM信号可以通过控制单元的内含I/O端口、三极管、光电耦合器、TTL电路、CMOS电路与调色单元系统和调光单元系统连接。
优选的，所述控制单元系统调色控制通过矩形波信号的占空比实现，信号占空比的变化控制两路不同色温LED导通时间同样的变化，产生不同的色温。
优选的，所述调色单元系统调色实现通过PWM矩形波信号的占空比及驱动两组光源实现，与控制单元系统的控制信号为一特定关系，或同相、或反相。
优选的，所述调色单元系统调色实现方法可由第一功率开关产生反相的PWMB信号，不需要反相器产生PWMB信号。
优选的，所述控制单元系统调光控制通过一个PWM矩形波信号周期(时间)在重复出现的时间间隔实现，矩形波信号重复出现时间间隔越小(重复出现的时间间隔最小为“0”时)，单位时间内矩形波信号越多，两路不同色温LED的特定占空比在单位时间内导通越多，亮度越高。
优选的，所述调光单元系统调光实现通过单稳态触发器产生矩形波信号的一个矩形波信号周期(时间)的开始和结速时间实现，开始时间与控制单元系统所述一个矩形波信号周期(时间)“1”的开始时间一样，结速时间与控制单元系统所述一个矩形波信号周期(时间) 信号“0”的结速时间一样。
优选的，所述调光单元系统调光控制通过总功率开关的控制，在其导通时可设定其实时电流大小。
本发明中，所述一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法的有益效果：
本发明利用方波的变化进行控制，能够对灯具的色温和亮度进行调节，提高LED灯具的可控性、应用性和多样性，更贴合实际生活需要，简化复杂的调色、调光控制方法，使LED应用更加方便高效。
附图说明
图1为本发明提出的一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法的2个周期的方波信号图；
图2为本发明提出的一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法的双光源调色、调光的实现流程图；
图3为本发明提出的一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法的PWM调色(色温)电路形式1；
图4为本发明提出的一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法的PWM调色(色温)电路形式2；
图5为本发明提出的一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法的第一功率开关、第二功率开关与调光系统中总功率开关单元连接的电路图；
图6为本发明提出的一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法的双光源调色、调光的信号关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-6，一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法，包括控制单元系统、调色单元系统和调光单元系统，控制单元系统输出端与调色单元系统中功率开关单元和反相器相连接；功率开关单元的输入端连接光源的输出端；调色单元系统中功率开关单元输出端与调光单元系统中总功率开关单元相连接；电源的输出端与控制单元系统、调色单元系统和调光单元系统相连接，电源是由电子电路组成的直流电源或电池提供电能的直流电源，控制单元系统由控制指令输入电路、控制单元、PWM信号输出电路组成，控制方法包括以下步骤：
S1、控制单元系统的调色控制通过信号发生装置发出矩形波信号的占空比实现；
S2、控制单元系统的调光控制通过一个PWM矩形波信号周期在重复出现的时间间隔实现；
S3、调色单元系统的调色实现通过PWM矩形波信号的占空比及驱动两组光源实现；
S4、调光单元系统的调光实现通过单稳态触发器产生矩形波信号的一个矩形波信号周期的开始和结束时间实现。
本实施例中，控制单元系统控制指令输入可以多种形式输入，包括但不限于：导线直接连接指令信号源、由无线电接收电路接收指令信号、由光电耦合电路接收指令信号由语音识别电路接收语音指令信号、由隔离电容感应指令信号或键按键输入控制指令。
本实施例中，控制单元系统PWM信号是由控制单元的算法产生，根据控制指令要求输出不同状态的PWM信号，PWM信号可以通过控制单元的内含I/O端口、三极管、光电耦合器、TTL电路、CMOS电路与调色单元系统和调光单元系统连接。
本实施例中，控制单元系统调色控制通过矩形波信号的占空比实现，信号占空比的变化控制两路不同色温LED导通时间同样的变化，产生不同的色温。
本实施例中，调色单元系统调色实现通过PWM矩形波信号的占空比及驱动两组光源实现，与控制单元系统的控制信号为一特定关系，或同相、或反相。
本实施例中，调色单元系统调色实现方法可由第一功率开关产生反相的PWMB信号，不需要反相器产生PWMB信号。
本实施例中，控制单元系统调光控制通过一个PWM矩形波信号周期(时间)在重复出现的时间间隔实现，矩形波信号重复出现时间间隔越小(重复出现的时间间隔最小为“0”时)，单位时间内矩形波信号越多，两路不同色温LED的特定占空比在单位时间内导通越多，亮度越高。
本实施例中，调光单元系统调光实现通过单稳态触发器产生矩形波信号的一个矩形波信号周期(时间)的开始和结速时间实现，开始时间与控制单元系统一个矩形波信号周期(时间)“1”的开始时间一样，结速时间与控制单元系统一个矩形波信号周期(时间)信号“0”的结速时间一样。
本实施例中，调光单元系统调光控制通过总功率开关的控制，在其导通时可设定其实时电流大小。
控制指令输入电路可以由导线直接连接指令信号源，控制指令输入电路可以由无线电接收电路接收指令信号，控制指令输入电路可以由光电耦合电路接收指令信号，控制指令输入电路可以由语音识别电路接收语音指令信号，控制指令输入电路可以由隔离电容感应指令信号，控制单元可由MCU(微控制单元，内含I/O端口)组成，控制单元可由IoT模块组成，控制单元可由蓝牙模块组成，控制单元可由 WIFI模块组成，PWM信号是由控制单元的算法产生，PWM信号可由控制单元的内含I/O端口直接输出，PWM信号可经过三极管与调色单元系统和调光单元系统连接，PWM信号可经过光电耦合器与调色单元系统和调光单元系统连接，PWM信号可经过TTL电路与调色单元系统和调光单元系统连接，PWM信号可经过CMOS电路与调色单元系统和调光单元系统连接。
调色单元系统，实现通过PWM矩形波信号的占空比及驱动两组光源，实现LED色温变化，第一开关单元，和第二开关单元用于控制分别控制第一光源和第二光源的导通和截止，功率开关单元为半导体开关，第一功率开关的控制端与控制单元的PWM输出端相连接，第二功率开关的控制端与反相器输出端相连接，第一功率开关可视为第二功率开关的反相器功能，第一光源和第二光源共同连接到电流输出端，第一光源和第二光源分别连接到第一功率开关和第二功率开关，第一功率开关和第二功率开关的输出端与调光系统中总功率开关单元相连接，第一功率开关、反相器、单稳态触发器的输入端共同连接控制单元系统的PWM信号输出，处理模块通过提取模块检测整流单元输出直流电的导通时间与截止时间。
调光单元系统分别连接调色单元系统和控制单元系统。
单稳态触发器利用控制单元系统PWM矩形波信号作时钟，产生规则的单稳态方波，其频率与宽度都保持恒定，只是，配合编制后的控制单元系统PWM矩形波信号，当增加光源功率的情况时，驱动信号满频工作，当减少光源功率的情况时，驱动信号就会跳过一些开关周期，在被跨过的周期内，总功率开关单元一直保持为关断的状态。当负载发生变化时，通过改变跨周期出现的次数，来实现对系统的调整与控制。
单稳态触发器的导通和截止分别控制总功率开关的导通和截止，总功率开关导通时通过参考电压或参考电流时具有恒流功能，总功率开关的导通时间是第一功率开关和第二功率开关通过时间之和。
控制单元控制PWM信号规则变化，第一功率开关和第二功率开关分别按PWM信号比例导通和截止，实现LED光源变色。
当PWM信号以一个PWM矩形波信号周期(时间)在重复出现的时间间隔实现，矩形波信号重复出现时间间隔越小(重复出现的时间间隔最小为“0”时)，单位时间内矩形波信号越多，两路不同色温LED 的特定占空比在单位时间内导通越多，亮度越高。
为更好说明调光原理，以一个完整PWM信号是定“定宽”的，一个PWB信号与下一个PWM信号的频率是“定频”，当光源功率最大的情况时，一个PWB信号与下一个PWM信号满频工作，当减少光源功率的情况时，驱动信号就会跳过一些开关周期，在被跨过的周期内，总功率开关单元一直保持为关断的状态。调节LED亮度时，通过改变跨周期出现的次数，来实现PWM信号与控制总开关管在一个周期内是否工作来调节输出功率，PWM信号最终用于控制第一功率开关、第二功率开关和总功率开关。
本实施例中，本实施例中控制单元包括但不限于：MCU(微控制单元，内含I/O端口)、IoT模块、蓝牙模块、WIFI模块组。
本实施例中，PWM信号是由控制单元的算法产生，根据控制指令要求输出不同状态的PWM信号，PWM信号可以通过控制单元的内含I/O 端口、三极管、光电耦合器、TTL电路、CMOS电路与调色单元系统和调光单元系统连接。
本实施例中调色单元系统参见图2，实现通过PWM矩形波信号的占空比及驱动两组光源，实现LED色温变化，参见图3电路表现形式。第一光源和第二光源分别连接到第一功率开关和第二功率开关， PWM调色温，就是通过混合冷暖两种色温的灯串，分别调节两者的亮度，自然平均后就可以实现色温的调节。PWM调色温技术是通过一对互补的PWM信号(PWMB信号由反相器实现)：PWM和PWMB，去控制相应色温的LED灯串，比如PWM控制冷白LED，PWMB控制暖白LED。PWMB信号为PWM信号的取反，所以同一时间只有一路LED被点亮，此消彼长，当冷白LED被点亮的时间长，则暖白LED被点亮的时间短，整体呈现为偏冷光。当冷白LED被点亮的时间短，则暖白LED被点亮的时间长，整体呈现为偏暖光。
本实施例中图4电路形式调色方法是PWMB信号直接由第一功率开关产生，不需要反相器产生PWMB信号。
本实施例中，第一开关单元，和第二开关单元用于控制分别控制第一光源(冷色光源)和第二光源(暖色光源)的导通和截止。
本实施例中，功率开关单元为半导体开关。
本实施例中，第一功率开关的控制端与控制单元的PWM输出端相连接。
本实施例中，第二功率开关的控制端与反相器输出端相连接，在个别场合应用上，第一功率开关可视为第二功率开关的反相器功能，当第一功率开关可视为第二功率开关的反相器功能时，电路形式应满足第二功率开关的驱动电压、驱动电流的参数要求和设定。
本实施例中，第一光源和第二光源共同连接到电流输出端。
本实施例中，第一功率开关和第二功率开关的输出端与调光系统中总功率开关单元相连接，如图5。总功率开关由单稳态信号控制其导通或截止，在导通时，总功率开关的导通时间是第一功率开关和第二功率开关通过时间之和并由电流限制设定装置控制其流通电流，使LED光源工作在恒定电流中。
实施例中，当PWM信号以一个PWM矩形波信号周期(时间)在重复出现的时间间隔实现，矩形波信号重复出现时间间隔越小(重复出现的时间间隔最小为“0”时)，单位时间内矩形波信号越多，两路不同色温LED的特定占空比在单位时间内导通越多，亮度越高。为更好说明调光原理，以一个完整PWM信号是定“定宽”的，一个PWB信号与下一个PWM信号的频率是“定频”，当增加光源功率的情况时，一个PWB信号与下一个PWM信号满频工作，当减少光源功率的情况时，驱动信号就会跳过一些开关周期，在被跨过的周期内，总功率开关单元一直保持为关断的状态。调节LED亮度时，通过改变跨周期出现的次数，来实现PWM信号与控制总开关管在一个周期内是否工作来调节输出功率，参考图6。
本实施例中，本方案主要利用方波的变化进行控制；
方波是一种非正弦曲线的波形(如图1：2个周期的方波信号)，通常会与电子和讯号处理时出现。理想方波只有“高”和“低”这两个值。电流或电压的波形为矩形的信号即为矩形波信号，高电平在一个波形周期内占有的时间比值称为占空比，也可理解为电路释放能量的有效释放时间与总释放时间的比值。占空比为50％的矩形波称之为方波，方波有低电平为零与为负之分。必要时，可加以说明“低电平为零”、“低电平为负”。而占空比(dutycycle)是方波值“1”占个周期的时间比例。真实方波的占空比是50％-即高值和低值占的时间一样。方波的平均值是由占空比决定的，因此通过改变ON和OFF周期然后求平均数，有可能代表两个限制电平(Limiting level)/间的任意值。这是脉宽调制(pulse-widthmodulation)的基础。
反相器(非门电路)：是可以将输入信号的相位反转180度，这种电路应用在模拟电路，比如说音频放大，时钟振荡器等。在电子线路设计中，经常要用到反相器。CMOS反相器电路由两个增强型MOS 场效应管组成。典型TTL与非门电路(电路由输入级、中间级、输出级组成)。
单稳态触发器：只有一个稳定状态，一个暂稳态。在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一个暂稳态。比如由RC组成的充放电时间实现(由于电路中RC延时环节的作用，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态，暂稳态维持的时间取决于RC的参数值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法，包括控制单元系统、调色单元系统和调光单元系统，其特征在于，所述控制单元系统输出端与调色单元系统中功率开关单元和反相器相连接；所述功率开关单元的输入端连接光源的输出端；调色单元系统中功率开关单元输出端与调光单元系统中总功率开关单元相连接；所述电源的输出端与所述控制单元系统、调色单元系统和调光单元系统相连接，控制方法包括以下步骤：
S1、控制单元系统的调色控制通过信号发生装置发出矩形波信号的占空比实现；
S2、控制单元系统的调光控制通过一个PWM矩形波信号周期在重复出现的时间间隔实现；
S3、调色单元系统的调色实现通过PWM矩形波信号的占空比及驱动两组光源实现；
S4、调光单元系统的调光实现通过单稳态触发器产生矩形波信号的一个矩形波信号周期的开始和结束时间实现。
2.根据权利要求1所述的一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法，其特征在于，所述控制单元系统控制指令输入可以多种形式输入，包括但不限于：导线直接连接指令信号源、由无线电接收电路接收指令信号、由光电耦合电路接收指令信号由语音识别电路接收语音指令信号、由隔离电容感应指令信号或键按键输入控制指令。
3.根据权利要求2所述的一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法，其特征在于，所述控制单元系统PWM信号是由控制单元的算法产生，根据控制指令要求输出不同状态的PWM信号，PWM信号可以通过控制单元的内含I/O端口、三极管、光电耦合器、TTL电路、CMOS电路与调色单元系统和调光单元系统连接。
4.根据权利要求3所述的一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法，其特征在于，所述控制单元系统调色控制通过矩形波信号的占空比实现，信号占空比的变化控制两路不同色温LED导通时间同样的变化，产生不同的色温。
5.根据权利要求4所述的一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法，其特征在于，所述调色单元系统调色实现通过PWM矩形波信号的占空比及驱动两组光源实现，与控制单元系统的控制信号为一特定关系，或同相、或反相。
6.根据权利要求5所述的一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法，其特征在于，所述调色单元系统调色实现方法可由第一功率开关产生反相的PWMB信号，不需要反相器产生PWMB信号。
7.根据权利要求6所述的一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法，其特征在于，所述控制单元系统调光控制通过一个PWM矩形波信号周期(时间)在重复出现的时间间隔实现，矩形波信号重复出现时间间隔越小(重复出现的时间间隔最小为“0”时)，单位时间内矩形波信号越多，两路不同色温LED的特定占空比在单位时间内导通越多，亮度越高。
8.根据权利要求7所述的一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法，其特征在于，所述调光单元系统调光实现通过单稳态触发器产生矩形波信号的一个矩形波信号周期(时间)的开始和结速时间实现，开始时间与控制单元系统所述一个矩形波信号周期(时间)“1”的开始时间一样，结速时间与控制单元系统所述一个矩形波信号周期(时间)信号“0”的结速时间一样。
9.根据权利要求8所述的一种单一信号线的矩形波信号变化的控制方法，其特征在于，所述调光单元系统调光控制通过总功率开关的控制，在其导通时可设定其实时电流大小。
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|---|---|---|---|---|
| CN115657404A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-01-31 | 合肥安迅精密技术有限公司 | 改善相机光源线性度的调光方法及系统、存储介质 |
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