一种LED调光电路转让专利
申请号 : CN201610431257.1
文献号 : CN106102221A
文献日 : 2016-11-09
发明人 : 孙国 , 郑彦斌 , 吴奎彬
申请人 : 厦门印天电子科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种LED调光电路,其特征在于:包括开关电源、稳压模块、LED阵列、采样电阻、可调反馈模块及微控制器模块,所述开关电源具有直流高电压输出口、直流低电压输出口以及与零电位“地”连接的端口;所述稳压模块具有电源输入引脚、电源输出端口和反馈输入端口,所述LED阵列具有正极接口和负极接口,所述可调反馈模块具有电压输出端口、电压输入端口和脉冲输入端口,所述微控制器模块具有脉冲输出端口;所述开关电源的直流高电压输出口与所述稳压模块的电源输入引脚连接,所述开关电源的直流低电压输出口分别与所述可调反馈模块和所述微控制器模块连接;所述稳压模块的电源输出端口与所述LED阵列的正极接口连接;所述稳压模块的反馈输入端口与所述可调反馈模块的电压输出端口连接;所述可调反馈模块的电压输入端口与所述LED阵列的负极接口连接,并同时连接到所述采样电阻的一端;所述采样电阻的另一端与零电位“地”连接;所述可调反馈模块的脉冲输入端口与所述微控制器模块的脉冲输出端口连接。
2.根据权利要求1所述的LED调光电路,其特征在于:所述稳压模块内部设定一个固定不变的阀值,如果所述反馈输入端口的电压低于所述阀值,所述稳压模块就通过增加内部开关的导通时间来增大所述电源输出端口的电压;反之,如果所述反馈输入端口的电压高于所述阀值,就通过减少内部开关的导通时间来减小所述电源输出端口的电压。
3.根据权利要求1所述的LED调光电路,其特征在于:所述LED阵列由M个LED灯串并联组成,每个LED灯串由N个LED灯珠串联组成,M、N为大于1的自然数。
4.根据权利要求1所述的LED调光电路,其特征在于:所述采样电阻为一个电阻器。
5.根据权利要求1所述的LED调光电路,其特征在于:所述可调反馈模块的电压输出端口的电压由所述电压输入端口的电压以及所述脉冲输入端口输入的信号确定。
6.根据权利要求5所述的LED调光电路,其特征在于:所述脉冲输入端口输入幅值不变、占空比可调的PWM脉宽调制信号;当所述PWM脉宽调制信号占空比保持不变时,所述电压输出端口的电压随着所述电压输入端口的电压的变化而变化,增、减趋势相同;当所述电压输入端口的电压不变时,所述电压输出端口的电压随着所述PWM脉宽调制信号占空比的变化而变化,增、减趋势相同或者相反。
7.根据权利要求1所述的LED调光电路,其特征在于:所述微控制器模块以微控制器为核心,加上外围元器件连接构成,并在所述微控制器中固化嵌入式软件。
8.根据权利要求7所述的LED调光电路,其特征在于:所述微控制器模块包括通信接口和人机界面中的一种或两种;所述通信接口选择以太网、无线、标准串行总线、自定义接口中的一种或几种;所述人机界面选择按键、触摸屏、语音识别中的一种或几种。
9.根据权利要求7或8所述的LED调光电路,其特征在于:固化在所述微控制器中的嵌入式软件可实时调整所述PWM脉宽调制信号的占空比,其调整范围为0%~100%,并且占空比可连续调节。
说明书 :
一种LED调光电路
技术领域
背景技术
能调节,而不是手动调整灯具上的旋钮或其它物理开关。
稳压模块11由集成芯片以及必要的外围元器件通过合理连接组成,除了具有电源输入接口
外,同时具有一个电源输出端口(图中标记为“OUT”)和一个反馈输入端口(图中标记为
“FB”)。所述LED阵列12具有正极、负极接口,电气上等效于具有正极、负极的单个大功率LED
灯珠。将所述稳压模块11的电源输出端口连接到所述LED阵列12的正极接口;将所述LED阵
列12的负极接口连接到所述采样电阻13的一端;所述采样电阻13的另一端连接零电位
“地”;所述LED阵列12的负极接口同时连接到所述稳压模块11的反馈输入端口。
关的导通时间来增大电源输出端口的电压;反之,如果反馈输入端口的电压高于阀值,就通
过减少内部开关的导通时间来减小电源输出端口的电压。与此同时,在所述稳压模块11的
外部,其工作方式为:由所述LED阵列12和所述采样电阻13的伏安特性可知,当所述稳压模
块11的电源输出端口的电压变化时,流过所述LED阵列12和所述采样电阻13的电流随着变
化,并且增、减趋势相同,同时所述采样电阻13两端的电压(也即是所述稳压模块11的反馈
输入端口的电压)也随着变化,并且增、减趋势相同。综合分析所述稳压模块11的内部和外
部,整个电路形成负反馈,最终达到稳定状态,稳定后所述采样电阻13两端的电压等于所述
稳压模块11内部设定的阀值,由于此阀值只与所述稳压模块11内部的硬件电路相关,在使
用中恒定不变,所以流过所述LED整列12及采样电阻13的电流为恒定值,实现了对LED的恒
流驱动,但是附图1的电路其电流值完全由电路的硬件参数确定,在使用中不能调节LED的
亮度。
适用于手动调节的场合,并且调节的连续性和线性度不佳。
24。开关电源输入市电,同时输出具有共同零电位“地”的两组直流电压。附图2所示由稳压
模块21、LED阵列22、采样电阻23组成的电路,其稳定电流的原理与附图1所示相同,上文已
有说明,不做重复叙述。请注意附图2所示的稳压模块21相较于附图1所示稳压模块11,多了
一个脉冲输入端口(图中标记为“DIMM”)。
号。所述稳压模块21通过内部电路控制,在所述PWM脉宽调制信号为逻辑高电平的期间,其
电源输出端口(图中标记为“OUT”)输出电压,有电流流过所述LED阵列22,LED灯具正常发
光;在所述PWM脉宽调制信号为逻辑低电平的期间,其电源输出端口与内部关断,不输出电
压,没有电流流过所述LED阵列22,LED灯具不能发光。
率一般在几百赫兹到数万赫兹之间。人眼一般感觉不到几百赫兹以上的闪烁,以为灯具在
持续发光,所以所述PWM脉宽调制信号占空比不同,给人感觉是灯具的亮度不同,然而,在需
要视频监控或者摄像的场合,摄像机可以轻易捕获到灯具由此产生的高频闪烁,从而在监
控画面上留下横向或纵向的黑色条纹。
件智能调节以及存在高频闪烁等不足。
发明内容
“地”连接的端口;所述稳压模块具有电源输入引脚、电源输出端口和反馈输入端口,所述
LED阵列具有正极接口和负极接口,所述可调反馈模块具有电压输出端口、电压输入端口和
脉冲输入端口,所述微控制器模块具有脉冲输出端口;所述开关电源的直流高电压输出口
与所述稳压模块的电源输入引脚连接,所述开关电源的直流低电压输出口分别与所述可调
反馈模块和所述微控制器模块连接;所述稳压模块的电源输出端口与所述LED阵列的正极
接口连接;所述稳压模块的反馈输入端口与所述可调反馈模块的电压输出端口连接;所述
可调反馈模块的电压输入端口与所述LED阵列的负极接口连接,并同时连接到所述采样电
阻的一端;所述采样电阻的另一端与零电位“地”连接;所述可调反馈模块的脉冲输入端口
与所述微控制器模块的脉冲输出端口连接。
其它交流、直流电源,其直流高电压输出口和直流低电压输出口的技术参数满足其它电路
模块对电源的要求,一般情况下符合直流高电压输出口电压高于直流低电压输出口电压的
规律。
口的电压;反之,如果所述反馈输入端口的电压高于所述阀值,就通过减少内部开关的导通
时间来减小所述电源输出端口的电压。
极、负极接口。
可调的PWM脉宽调制信号;当所述PWM脉宽调制信号占空比保持不变时,所述电压输出端口
的电压随着所述电压输入端口的电压的变化而变化,增、减趋势相同;当所述电压输入端口
的电压不变时,所述电压输出端口的电压随着所述PWM脉宽调制信号占空比的变化而变化,
增、减趋势相同或者相反。
键、触摸屏、语音识别中的一种或几种。
高频闪烁。
附图说明
域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的
附图。
具体实施方式
本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例,都属于本发明保护的范围。
数须满足其它电路模块对电源的要求,一般情况下符合直流高电压数值大于直流低电压数
值的规律。实施例中开关电源采用现有的成熟方案,不予详述。
所述LED阵列32电气上等效于单个超大功率LED灯珠,由于制造单个超大功率LED灯珠极为
困难,所以采用M×N个LED灯珠进行串、并联组合的方案。类似单个LED,所述LED阵列32具有
正极(附图中标记为“+”)、负极(附图中标记为“-”)接口。
姆,额定功率为1/8瓦特。
低于所述阀值,所述稳压模块31就通过增加内部开关的导通时间来增大所述电源输出端口
的电压;反之,如果所述反馈输入端口的电压高于所述阀值,就通过减少内部开关的导通时
间来减小所述电源输出端口的电压。
101的SW引脚引出,与外围元件连接后作为上述稳压模块31的电源输出端口(附图中标记为
“OUT”),将所述集成芯片101的CS引脚引出作为所述稳压模块31的反馈输入端口(附图中标
记为“FB”)。在所述稳压模块31的内部,工作方式为:所述集成芯片101内部设定一个固定不
变的阀值(实施例为0.2V),如果所述反馈输入端口的电压低于所述阀值,就通过增加所述
集成芯片101的内部开关的导通时间来增大所述电源输出端口的电压;反之,如果所述反馈
输入端口的电压高于所述阀值,就通过减少所述集成芯片101的内部开关的导通时间来减
小所述电源输出端口的电压。与此同时,在所述稳压模块31的外部,工作方式为:由其它模
块构成的电路保证所述稳压模块31的反馈输入端口的电压随着其电源输出端口的电压的
变化而变化,并且增、减趋势相同。综合分析所述稳压模块31的内部和外部,整个电路形成
负反馈,最终达到稳定状态,稳定后所述稳压模块31的反馈输入端口的电压等于所述集成
芯片101内部设定的所述阀值。
稳压模块21的电源输出端口与内部处于关断状态,所以其它电路模块可以通过直接输出
PWM脉宽调制信号到所述脉冲输入端口来调光,但摄像机很容易捕获到由此产生的灯具闪
烁。附图5所示本发明实施例中,上述集成芯片101的RON引脚通过电阻连接上述开关电源30
输出的直流高电压(附图中标记为“VCC”),同时所述集成芯片101的DIM引脚连接上述开关
电源30输出的直流低电压(附图中标记为“VDD”)。按所述集成芯片101内部的工作原理,稳
压模块31的上述电源输出端口(附图中标记为“OUT”)与内部将不能被外部电路关断。因此
附图3、附图5所示的稳压模块31不具有脉冲输入端口,不采用如附图2所示的现有技术方案
调光。
定;将幅值不变、但占空比可调的PWM脉宽调制信号输入到所述脉冲输入端口;当所述PWM脉
宽调制信号占空比保持不变时,所述电压输出端口的电压随着所述电压输入端口的电压的
变化而变化,增、减趋势相同;当所述电压输入端口的电压不变时,所述电压输出端口的电
压随着所述PWM脉宽调制信号占空比的变化而变化,增、减趋势可以相同,也可以相反;实施
例中,所述电压输出端口的电压与所述PWM脉宽调制信号占空比的增、减趋势相反。
放芯片(型号为TI公司的LMH6644)。
反相输入引脚与其输出引脚相连接,所述第一运放单元U1A输出引脚的电压与所述可调反
馈模块34的电压输入端口的电压相等。这样连接的目的在于提高所述可调反馈模块34的电
压输入端口的输入阻抗,其它电路模块由此端口流入所述可调反馈模块34的电流在分析计
算中可以忽略不计。
输入引脚,并将所述第二运放单元U1B的反相输入引脚与其输出引脚相连接,然后通过串联
在一起的电阻R2、电阻R3进行分压。在电路工作时,前述微控制器模块35通过可调反馈模块
34的脉冲输入端口输入PWM脉宽调制信号,只要所述PWM脉宽调制信号的频率以及电阻R1、
电容C1选择合理,在电阻R2、电阻R3的公共端可以得到直流电压,此直流电压的数值与电阻
R2、电阻R3的阻值以及所述PWM脉宽调制信号的幅值和占空比有关,使用中,其它参数保持
不变,唯一改变的是由软件控制的PWM脉宽调制信号的占空比。在实施例中,所述PWM脉宽调
制信号的频率为720Khz,幅值为3.3V,电阻R1阻值为20000欧姆,电容C1容值为0.1微法拉。
样连接的目的在于提高后级电路的输入阻抗,经所述第三运放单元U1C的同相输入引脚流
入的电流在分析计算中可以忽略不计。
算的结果,将此引脚引出作为所述可调反馈模块34的电压输出端口(附图中标记为
“AOUT”)。
通用或特殊输出引脚引出,构成一个对外的脉冲输出端口(图中标记为“PWM_O”),可以对外
输出PWM脉宽调制信号。使用中所述PWM脉宽调制信号的频率固定,其取值范围为几千赫兹
~几兆赫兹,可以通过固化在所述微控制器中的嵌入式软件实时调整所述PWM脉宽调制信
号的占空比,其调整范围为0%~100%,并且占空比可连续调节。所述微控制器模块35根据
实际使用的需要,可以选择包括或不包括各种通信接口和人机界面,可以选择通信接口和
人机界面的一种或两种。通信接口可以选择以太网、无线、标准串行总线、自定义接口中的
一种或几种,用于接收其它设备发出的命令;人机界面可以选择按键、触摸屏、语音识别中
的一种或几种,用于响应本地用户的操作。在实施例中,所述微控制器的型号为
STM32F103C8T6,将所述微控器的PB0端口(第18脚)引出作为所述微控制器模块35的脉冲输
出端口,通过嵌入式软件,可以自动输出占空比为0%~100%的PWM脉宽调制信号,所述微
控制器模块35的通信接口选择RS232,可以接受远程设备的指令,主要采用现有技术,不予
详述。
压模块31的电源输出端口连接到上述LED阵列32的正极接口;将所述LED阵列32的负极接口
连接上述采样电阻33的一端;所述采样电阻的另一端连接零电位“地”;所述LED阵列32的负
极接口同时连接到所述可调反馈模块34的电压输入端口;所述可调反馈模块34的电压输出
端口连接所述稳压模块31的反馈输入端口;所述可调反馈模块34的脉冲输入端口连接所述
微控制器模块35的脉冲输出端口。
出的PWM脉宽调制信号的幅值,并用符号“Duty”表示所述PWM脉宽调制信号的占空比。
电容C1进行低通滤波处理后进入由上述第二运放单元U1B构成的电压跟随器,其输出电压
经上述电阻R2、电阻R3进行分压,然后进入由上述第三运放单元U1C构成的另一个电压跟随
器,所述第三运放单元U1C的输出引脚处(附图7中标识为“D”)的电压为:
识为“E”)的电压为:
且增、减趋势相同。再结合等式(5)可知:上述可调反馈模块34的第三运放单元输出引脚处
(附图7中标识为“C”)处的电压“UC”也将随着所述“UA”的变化而变化,并且增、减趋势相同。
以得知:整个电路形成负反馈,最终将达到稳定状态,稳定后附图7中“C”点的电压“UC”等于
所述稳压模块31内部的集成芯片101内部设定的固定阀值,实施例所述集成芯片101的型号
为TI公司的LM3402,所述阀值为0.2V,用算式表达为:
的占空比确定后,流过所述LED阵列32的电流持续并且稳定。
述LED阵列32的电流,以达到理想的调光效果。由于所述嵌入式软件可以灵活地设计,所以
本发明可以对LED亮度进行连续调节,线性度好,并且方便结合各种应用软件进行智能调节
与控制,并且,由于流过LED阵列32的电流持续、稳定,使用本发明的LED灯具不存在高频闪
烁。
为功能相近的其它品牌的其它型号,再例如改变上述可调反馈模块34的具体电路,并实现
与上述等式(5)类似的功能。这些均属于本发明的保护范围内。