CN206629300U - 采用等差数列调制的pwm斩波调光系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种采用等差数列调制的PWM斩波调光系统，包括等差斩波信号产生模块、MOS管Q、二极管D、电感L和PWM斩波调光非线性区域产生电流消耗模块，所述的等差斩波信号产生模块输出端与MOS管Q的栅极连接，所述的MOS管Q的源极通过电阻R接地，所述的MOS管Q的漏极分别与二极管D的正极、电感L一端连接，所述的PWM斩波调光非线性区域产生电流消耗模块两端分别与二极管D的负极和电感L另一端连接。与现有技术相比，本实用新型具有高精度低闪烁等优点。

Description

采用等差数列调制的PWM斩波调光系统

技术领域

本实用新型涉及一种PWM斩波调光系统，尤其是涉及一种采用等差数列调制的PWM斩波调光系统。

背景技术

在调光电路中有幅值调光(又称为线性调光和模拟调光)和PWM斩波调光，幅值调光是指每个开关周期电流波形的幅值改变，输出纹波较小频闪指标相对容易实现，输出电流的线性度较好，但在20％以下小电流输出时由于反馈电路固有的偏置误差占比加大或电源工作模式变化而使得调光精度不高；而PWM斩波调光时，电流波形幅值不变而输出电流波形为断续，反馈电路的固有误差占比基本不变，当PWM的占空比在1％～100％时调光精度较高，在1％以下更小的调光电流情况下，斩波和电流输出之间不呈线性使得精度很差且频闪指标实现相对较难。为了发挥各种调光方式的优点，获得较大的线性调光范围，市场上常规电源的做法是在1％-20％的亮度设计为PWM斩波方式，在20％-100％的亮度为幅值调光方式。如图1所示。

但PWM斩波调光有一个缺陷，当关断周期落在电源开关波形固有的截止区间时，即使改变PWM的占空比对开关电源的振荡波形也不会有作用，此时输出电流不会因调光值变化的变化，即误差为一个电源开关周期。当亮度较高时，一个斩波周期中包含的电源开关波形较多时，误差占比很小；而当亮度较低时，一个斩波宽度中包含的开关电源的振荡波形较少时，不响应区间占斩波宽度的比重较大，调光精度非常差。一般需要一个PWM斩波中包含5个以上的振荡波形才能保证精度，所以一般只能做到1％左右无法用于更低亮度的调光，在1％以下只能将亮度关到“零”。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高精度低闪烁的采用等差数列调制的PWM斩波调光系统。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种采用等差数列调制的PWM斩波调光系统，其特征在于，包括等差斩波信号产生模块、MOS管Q、二极管D、电感L和PWM斩波调光非线性区域产生电流消耗模块，所述的等差斩波信号产生模块输出端与MOS管Q的栅极连接，所述的MOS管Q的源极通过电阻R接地，所述的MOS管Q的漏极分别与二极管D的正极、电感L一端连接，所述的PWM斩波调光非线性区域产生电流消耗模块两端分别与二极管D的负极和电感L另一端连接。

所述的等差斩波信号产生模块为MCU或者MCU和模拟芯片混合控制电路。

所述的PWM斩波调光非线性区域产生电流消耗模块为固定负载或者可变负载。

所述的PWM斩波调光非线性区域产生电流消耗模块为可变负载时，其设有用于控制可调负载的控制信号输入端。

所述的MOS管Q的源极通过电阻R接地。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

现在PWM斩波调光一般采用等宽斩波，受精度的限制PWM斩波需要保留4～5个振荡周期，无法在最大输出电流的1％以下的满足高精度调光。本实用新型采用PWM等差斩波调光、固定或可变负载消耗电流三种调光方案，将满足精度的调光至0.1％以下。

附图说明

图1为现有的PWM斩波方式和幅值调光方式相结合的调节曲线图；

图2为本实用新型的结构示意图；

图3为等差斩波和等宽斩波的比较曲线图；

图4为等差斩波和等宽斩波的调光连续性和调光精度对比图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

如图2所示，一种采用等差数列调制的PWM斩波调光系统，包括等差斩波信号产生模块1、MOS管Q、二极管D、电感L和PWM斩波调光非线性区域产生电流消耗模块2，所述的等差斩波信号产生模块1输出端与MOS管Q的源极连接，所述的MOS管Q源极通过电阻R接地，所述的MOS管Q的漏极分别与二极管D的正极、电感L一端连接，所述的PWM斩波调光非线性区域产生电流消耗模块两端分别与二极管D的负极和电感L另一端连接。

所述的等差斩波信号产生模块1为MCU或者MCU和模拟芯片混合控制电路。

所述的等差斩波信号产生模块1产生的等差斩波信号宽度为等差关系，等差斩波周期内的脉冲宽度差之和等于开关电源的振荡周期，同时多个斩波周期依次交替落于电源开关周期的截止周期内。

所述的PWM斩波调光非线性区域产生电流消耗模块2为固定负载或者可变负载。

所述的PWM斩波调光非线性区域产生电流消耗模块2为可变负载时，其设有用于控制可调负载的控制信号输入端3。

所述的MOS管Q的源极通过电阻R接地。所述的等差斩波信号产生模块产生的等差斩波序列交替排列。

如图3所示，将一个256t的大周期分为16个16t的小周期来举例说明，实际应用中斩波周期，数量按需求自行定制，本专利只是为了便于直观的理解，将每一个16t包含四个完整的连续电流波形，斩波周期为16t，第一列将16个连续电流分段编号。第二列为连续振荡的电流波形，第三列为等差序列斩波波形，第四列为等差序列斩波后的电流波形，第五列为等宽斩波波形，第六列为等宽斩波后电流波形。等宽和等差的斩波在256t的大周期内有效部分都是128t。

图3等差斩波和等宽斩波都是低电平有效，先介绍等差序列斩波，第三编号和第四编号电流端，当斩波有效段落在电流下降侧，输出电流依旧无效，第3端依旧是0输出；第四段有效落在上升侧中间段1/2处，即输出电流有效部分为1t。同样的道理来理解等宽斩波。

可以比较图3中等差斩波128t有效和等宽128t有效哪种斩波方式可以将调光做的更暗，即平均电流越小。调光亮度百分比＝电流爬升侧的时间/电流连续爬升侧总共128t。

等差调光亮度百分比＝(0+0+0+1+2+2+2+3+4+4+4+5+6+6+6+7+8/256＝60/128；等宽斩波亮度百分比4*16/128＝64/128，对比结果同样的斩波有效值128t等差斩波可以将亮度做的更暗。

继续看图3，如果等差和等宽斩波256t，16个编号段中等差和等宽斩波每一段都加1t，等差斩波也就加16t出来，电流连续振荡波形就可以加出4个出来，电流爬升侧就是加了8t，亮度从60/128发展到68/128；等宽斩波16个编号段中每一段都加1t，总共加16t，而这增加的16t全部落在电流下降侧，增加的16t全部依旧无效，亮度依旧不变仍为68/128。通过这样的比较等差斩波比等宽斩波调光连续性要好，这样精度更易控制。

在实际应用中当采用等差斩波方案时，改善了斩波宽度和实际输出亮度间的线性关系，提高了调光精度。继续按照图3解释在256t这个大周期内，如果将等差斩波频率翻一倍，就是图中编号16个翻倍到32个，好处是调光可以做的更精细，弊端是会对控制的MCU要求更高。相反来看，如果将斩波频率降一半，就是从16个降一倍到8个，按照这样斩波降频来做，频率过低的话会出现光的闪烁问题。

调光的连续性和调光精度可以通过图4说明，更容易理解，

图4中的A号曲线是等差斩波，B号是等宽斩波。横坐标是调光值，纵坐标是电流，当128t对应的调光值到256t，等差斩波的调光精度、线性度要比等宽的要好。0t～128t之间的非线性没法避免，这一段可以通过可以调节的假负载或者固定负载来消耗，将调光的起点从0t移动到128t.这样调光过程全程都可以实现线性高精度调光。当然也可以用固定假负载来消耗这部分，这种方式缺点是固定负载始终消耗功率，在小电流输出产品中使用较为简洁、方便；采用可以调节的假负载消耗电流来控制输出电流，优点是可变负载在大电流输出时不会恒定消耗电流节省能耗，也能在等宽斩波时实现小电流的线性输出。缺点是增加了一个控制变量，提高了复杂度。

在由N个等差斩波组成的一个斩波周期中，如果输出波形也是按等差关系输出的，那么一个斩波周期的输出只波动了一次，根据IEEE P1789的说明，波动频率越高则闪烁越不敏感的特点，为了更好的显示效果，我们将输出按一定的关系交替组合(如图3中将16个编号斩波顺序重新排布，交替组合)，在一个斩波周期内亮度变化由一次波动变为多次波动，提高了输出光的波动频率改善了显示的效果。

总结：等差斩波在低端呈非线性的部分可以用固定或可变负载消耗非线性电流方式改善输出电流和斩波宽度之间的线性关系；而等宽斩波非线性较为严重，只是在高亮度时误差占比较小，所以只能用可变负载消耗方式，在低亮度时用可变负载实现线性调光，当亮度大到一定程度再采用等宽的PWM调光。通过等宽斩波、等差斩波、固定负载或可变负载合理组合，使呈线性对应关系的电流流过外部灯具，实现了亮度调到“零”和全程线性调光。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种采用等差数列调制的PWM斩波调光系统，其特征在于，包括等差斩波信号产生模块、MOS管Q、二极管D、电感L和PWM斩波调光非线性区域产生电流消耗模块，所述的等差斩波信号产生模块输出端与MOS管Q的栅极连接，所述的MOS管Q的源极通过电阻R接地，所述的MOS管Q的漏极分别与二极管D的正极、电感L一端连接，所述的PWM斩波调光非线性区域产生电流消耗模块两端分别与二极管D的负极和电感L另一端连接。

2.根据权利要求1所述的一种采用等差数列调制的PWM斩波调光系统，其特征在于，所述的等差斩波信号产生模块为MCU或者MCU和模拟芯片混合控制电路。

3.根据权利要求1所述的一种采用等差数列调制的PWM斩波调光系统，其特征在于，所述的PWM斩波调光非线性区域产生电流消耗模块为固定负载或者可变负载。

4.根据权利要求3所述的一种采用等差数列调制的PWM斩波调光系统，其特征在于，所述的PWM斩波调光非线性区域产生电流消耗模块为可变负载时，其设有用于控制可调负载的控制信号输入端。

5.根据权利要求1所述的一种采用等差数列调制的PWM斩波调光系统，其特征在于，所述的MOS管Q的源极通过电阻R接地。