CN102316648B - 一种led照明装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED照明装置，通过传统的调节红色、绿色、蓝色光源模组的驱动电流或电压的占空比的方式来调节红色、绿色、蓝色光源模组的输出光功率，从而实现亮度和色彩的调节。在传统的LED照明装置采用三基色光源模组的基础上，本发明增加一组琥珀色光源模组或暖白色光源模组，通过调节其驱动电流或电压的占空比来调节其输出光功率，从而调节LED照明装置的照明色温。这样，本发明的LED照明装置实现了亮度、色彩及色温三个照明参数的同时调节，既可满足情景照明，又可满足功能性照明，具有高显色性、高光通量、低成本的特点。
Description
技术领域
本发明属于照明技术领域，更为具体地讲，涉及一种LED照明装置。
背景技术
LED照明装置作为一种高效益的新光源，由于具有寿命长、能耗低、节能环保等优点，正广泛应用于商业、工业、道路、广告灯箱等领域。
随着LED照明装置的广泛应用，人们对LED照明装置的要求也越来越高，形成了从单一的亮度调节到色温调节、色彩调节多种调节方式。为便于调节，调亮度、调色温以及调色彩的LED照明装置大多数采用PWM(Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制)方式。
传统的色温可调LED照明装置，它的色温和亮度可调，不能调节色彩，主要用于功能性照明，一般采用两个通道的驱动器分别驱动高色温、低色温光源模组，调节输出电压或电流的占空比，实现色温和亮度的调节。
传统的色彩可调LED照明装置，它的色彩和亮度可调，不能调节色温，主要用于亮化工程和情景照明，它采用三个通道的驱动器分别驱动红色、绿色及蓝色光源模组，调节输出电压或电流的占空比，实现色彩和亮度的调节。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种亮度、色温以及色彩三个照明参数均可调的LED照明装置。
为实现上述目的，本发明LED照明装置，包括：
红色(Red)、绿色(Green)、蓝色(Blue)光源模组；
一AC-DC电源模块，与市电交流电网连接，用于将交流电转换为直流电；
一LED驱动模块，与AC-DC电源模块输出的直流电连接，AC-DC电源模块为LED驱动模块提供直流电源，LED驱动模块用于驱动光源模组的点亮与熄灭。
一控制模块，其输出占空比可调的红色、绿色、蓝色三组脉宽调制信号给LED驱动模块，分别调节LED驱动模块输出给红色、绿色、蓝色光源模组的驱动电流或电压的占空比，从而调节LED照明装置的色彩；
其特征在于，还包括：琥珀色(Amber)光源模组或暖白色(Warm White)光源模组，控制模块输出一组占空比可调的琥珀色或暖白色脉宽调制信号给LED驱动模块，调节LED驱动模块输出给琥珀色(Amber)光源模组或暖白色(Warm White)光源模组的驱动电流或电压的占空比，从而调节LED照明装置的色温。
本发明目的是这样实现的：
在本发明中，通过传统的调节红色、绿色、蓝色光源模组的驱动电流或电压的占空比的方式来调节红色、绿色、蓝色光源模组的输出光功率，从而实现亮度和色彩的调节。在传统的LED照明装置采用三基色光源模组的基础上，本发明增加一组琥珀色光源模组或暖白色光源模组，通过调节其驱动电流或电压的占空比来调节其输出光功率，从而调节LED照明装置的色温。这样，本发明的LED照明装置实现了亮度、色彩及色温三个照明参数的同时调节，既可满足情景照明，又可满足功能性照明，具有高显色性、高光通量、低成本的特点。
附图说明
图1是本发明LED照明装置一种具体实施方式原理图；
图2是本发明LED照明装置另一种具体实施方式原理图；
图3是图1所示的时分复用信号输出接口输出的脉宽调制信号一时序图；
图4是图1所示的时分复用信号输出接口输出的脉宽调制信号另一时序图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
本发明的LED照明装置，如果采用传统的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)，会存在功率峰值叠加的问题。为避免电源功率过载，LED照明装置的电源转换器，即电源模块的功率都是以全部光源模组的总功率进行配置的，但LED照明装置的实际最大平均功率只有电源模块功率的四分之一左右，这样会造成电源功率浪费，同时，也造成电源体积较大、重量较重，成本相对较高的缺陷。
在本实施例中，控制模块采用时分复用控制模块，其输出的四组占空比可调的红色、绿色、蓝色以及琥珀色或暖白色脉宽调制信号的周期相同，且在同一时刻最多只有一个为有效的驱动电平，驱动对应的光源模组点亮。这样，本发明LED照明装置，通过时分复用控制模块，将红色、绿色、蓝色以及琥珀色或暖白色脉宽调制信号在时间上进行分割，使它们在任一个时刻，最多只有一个为有效的驱动电平，LED驱动模块输出驱动电压或电流，驱动对应的光源模组发光，将AC-DC电源模块依次在不同时间段分配给不同的光源模组使用，点亮对应的光源模组。防止了四个光源模组同时导通，导致功率峰值叠加带来的电源功率过载问题，因而本实施例中AC-DC电源模块功率配置就可以降低到采用现有技术的AC-DC电源模块的四分之一。AC-DC电源模块功率的减小，意味着其体积和重量都减小，节省了LED照明装置的体积和成本。
图1是本发明LED照明装置一种具体实施方式原理图。
在本实施例中，如图1所示，本发明LED照明装置包括：AC-DC电源模块1、LED驱动模块2、时分复用控制模块3、光源模组4。采用时分复用方案，使用恒流驱动方式，驱动RGB+WW组合方式的光源模组。
AC-DC电源模块1接市电电网的火线端L、零线端N，作为交流供电，输出是直流电，其中VDC为直流电源正端，GND为直流电源负端。直流电源与LED驱动模块2和时分复用控制模块3相连，为它们供电。
LED驱动模块2与AC-DC电源模块1输出的直流电源连接，即与电源模块正端VDC、负端GND连接，电源模块为LED驱动模块供电。
在本实施例中，LED驱动模块2包括一个LED恒流驱动单元201以及四个开关管K1、K2、K3、K4。LED恒流驱动单元201为一个具有短路保护的恒流源。四个开关管K1、K2、K3、K4分别与红色、绿色、蓝色以及暖白色光源模组D1、D2、D3、D4串联，再连接到LED恒流驱动单元201的输出端；四个开关管K1、K2、K3、K4的控制端分别接红色、绿色、蓝色以及暖白色脉宽调制信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4，开关管在对应的脉宽调制信号为有效的驱动电平时，点亮对应的光源模组。在本实施例中，高电平为有效的驱动电平。
在本实施例中，四个开关管K1、K2、K3、K4均为功率型开关器件，可以是N型MOS管，或是NPN型BJT管。在本实施例中，采用共阳极连接方式，LED恒流驱动单元201的正输出端LED+与四个光源模组的正极相连，LED恒流驱动单元201的负输出端LED-与四个开关管K1、K2、K3、K4的源极或发射极连接，四个开关管K1、K2、K3、K4的漏极或集电极再分别与四个光源模组的负极相连。开关管的栅极或基极作为控制端与对应的脉宽调制信号相连。当脉宽调制信号为高电平时，开关管的栅极或基极信号为高电平，开关管导通，对应的光源模组点亮，当时脉宽调制信号为低电平时，开关管的栅极或基极信号为低电平，开关管关断，对应的光源模组熄灭。
红色、绿色、蓝色以及暖白色光源模组D1、D2、D3、D4组成光源模组4。
在本实施例中，时分复用控制模块内有通信接口单元301、信号处理单元302和时分复用信号输出单元303。时分复用信号输出单元303有四个数字信号接口，分别输出四组脉宽调制信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4给四个开关管K1、K2、K3、K4的控制端，即开关管N型MOS管的栅极或NPN型BJT管的基极。当某一路光源模组控制信号为高电平时，与之相连接的开关管导通，开关管驱动对应的光源模组发光。
通过通信接口301直接设置红色、绿色、蓝色以及暖白色在一个周期内各自点亮的时间，信号处理单元302根据这四个点亮时间，控制时分复用信号输出单元303输出四组周期相同且在同一时刻最多只有一个为有效电平的脉宽调制信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4，分别控制四个开关管K1、K2、K3、K4的导通与关断时间，用以控制光源模组单元4的红色、绿色、蓝色以暖白色光源模组D1、D2、D3、D4的点亮与熄灭时间。调节四个光源模组的点亮与熄灭时间，就可以调节四种光源模组的混色比，就可以实现亮度调节、色彩调节、色温调节。
图2是本发明LED照明装置另一种具体实施方式原理图。
在本实施例中，如图2所示，本发明LED照明装置包括：AC-DC电源模块1、LED驱动模块2、时分复用控制模块3、光源模组4。采用时分复用方案，使用恒压驱动方式，驱动RGBA组合方式的光源模组。
AC-DC电源模块1接市电电网的火线端L、零线端N，作为交流供电，输出是直流电，其中VDC为直流电源正端，GND为直流电源负端。直流电源与时分复用控制模块3和光源模组4相连，为它们供电。
在本实施例中，LED驱动模块2包括四个开关管K1、K2、K3、K4。四个开关管K1、K2、K3、K4分别与红色、绿色、蓝色以及琥珀色光源模组D1、D2、D3、D4串联；四个开关管K1、K2、K3、K4的控制端分别接红色、绿色、蓝色以及琥珀色脉宽调制信号，开关管在对应的脉宽调制信号为有效的驱动电平时，点亮对应的光源模组。在本实施例中，高电平为有效的驱动电平。
在本实施例中，四个开关管K1、K2、K3、K4均为功率型开关器件，可以是N型MOS管，或是NPN型BJT管。在本实施例中，采用共阳极连接方式，AC-DC电源模块1正输出端VDC与各光源模组的正极相连，AC-DC电源模块1负输出端GND与四个开关管K1、K2、K3、K4的源极或发射极连接，四个开关管K1、K2、K3、K4的漏极或集电极再分别与四个光源模组的负极相连。开关管的栅极或基极作为控制端与对应的脉宽调制信号相连。当脉宽调制信号为高电平时，开关管的栅极或基极信号为高电平，开关管导通，对应的光源模组点亮，当时脉宽调制信号为低电平时，开关管的栅极或基极信号为低电平，开关管关断，对应的光源模组熄灭。
红色、绿色、蓝色以及琥珀色光源模组D1、D2、D3、D4组成光源模组4。
在本实施例中，时分复用控制模块内有通信接口单元301、信号处理单元302和时分复用信号输出单元303。时分复用信号输出单元303有四个数字信号接口，分别输出四组脉宽调制信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4给四个开关管K1、K2、K3、K4的控制端，即开关管N型MOS管的栅极或NPN型BJT管的基极。当某一路光源模组控制信号为高电平时，与之相连接的开关管导通，开关管驱动对应的光源模组发光。
通过通信接口301直接设置红色、绿色、蓝色以及琥珀色在一个周期内各自点亮的时间，信号处理单元302根据这四个点亮时间，控制时分复用信号输出单元303输出四组周期相同且在同一时刻最多只有一个为有效电平的脉宽调制信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4，分别控制四个开关管K1、K2、K3、K4的导通与关断时间，用以控制光源模组单元4的红色、绿色、蓝色以琥珀色光源模组D1、D2、D3、D4的点亮与熄灭时间。调节四个光源模组的点亮与熄灭时间，就可以调节四种光源模组的混色比，就可以实现亮度调节、色彩调节、色温调节。
图3是图1所示的时分复用信号输出接口输出的脉宽调制信号一时序图。
在一个周期T内，第一个时间段t1，脉宽调制信号PWM1为高电平，其它三个信号为低电平；第二个时间段t2，脉宽调制信号PWM2为高电平，其它三个信号为低电平；第三个时间段t3，脉宽调制信号PWM3为高电平，其它三个信号为低电平；第四个时间段t4，脉宽调制信号PWM4为高电平，其它三个信号为低电平。t1、t2、t3、t4四段时间之和为T，是一个固定时间周期。这个时钟周期T、时间段t1、时间段t2、时间段t3、时间段t4的时间长短受信号处理单元302的控制。在一个周期T的任意一个时间段里，信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4中最多只有一个处于高电平，其它三个信号处于低电平，这样，在任何时刻，最多只有一个开关管导通，光源模组单元4里最多只有一个光源模组点亮。
图4是图1所示的时分复用信号输出接口输出的脉宽调制信号另一时序图。
在图4中，加入了死区时间t0。死区时间t0的加入，可以有效地避免由于开关管导通与关断的延时性导致多个开关管同时导通的问题。在一个周期T的任意一个时间段里，信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4中最多只有一个处于高电平，其它三个信号处于低电平，这样，在任何时刻，最多只有一个开关管导通，从而光源模组4里最多只有一个光源模组单元点亮。
时分复用控制方式，避免了多个光源模组同时点亮，导致功率叠加的问题。AC-DC电源模块的配置功率是传统方式的四分之一，四个光源模组只需要一个LED驱动单元，驱动单元数量是也是传统方式的四分之一，大大地节约了电源转换器的成本，减小了体积。同时，采用红色、绿色、蓝色以及琥珀色或暖白色光源模组方案，实现了亮度调节、色彩调节、色温调节，既满足了情景照明，又满足了功能性照明。
本发明所述的光源模组控制信号PWM信号采用正逻辑，以高电平为有效的驱动电平，驱动红色、绿色、蓝色以及琥珀色或暖白色光源模组发光，本发明也可采用采用负逻辑，或正负逻辑混合的方式，实现输出功率峰值互补的控制。同样地，也可以采用P型MOS管或PNP型BJT管作为开关管。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (2)
1.一种LED照明装置，包括：
红色、绿色、蓝色光源模组；
一AC-DC电源模块，与市电交流电网连接，用于将交流电转换为直流电；
一LED驱动模块，与AC-DC电源模块输出的直流电连接，AC-DC电源模块为LED驱动模块提供直流电源，LED驱动模块用于驱动光源模组的点亮与熄灭；
一控制模块，其输出占空比可调的红色、绿色、蓝色三组脉宽调制信号给LED驱动模块，分别调节LED驱动模块输出给红色、绿色、蓝色光源模组的驱动电流或电压的占空比，从而调节LED照明装置的照明色彩；
其特征在于，
其中，所述LED照明装置还包括：琥珀色光源模组，控制模块输出一组占空比可调的琥珀色脉宽调制信号给LED驱动模块，调节LED驱动模块输出给琥珀色光源模组的驱动电流或电压的占空比，从而调节LED照明装置的照明色温，
其中，所述LED驱动模块包括一个LED恒流驱动单元以及四个开关管，所述LED恒流驱动单元为一个具有短路保护的恒流源，所述四个开关管分别与红色、绿色、蓝色以及琥珀色或暖白色光源模组串联，再连接到LED恒流驱动单元的输出端，四个开关管的控制端分别接红色、绿色、蓝色以及琥珀色或暖白色脉宽调制信号，开关管在对应的脉宽调制信号为有效的驱动电平时，对应的光源模组点亮，并且所述有效的驱动电平为高电平，
其中，所述控制模块采用时分复用控制模块，所述时分复用模块包括通信接口单元、信号处理单元和时分复用信号输出单元，通过所述通信接口单元直接设置红色、绿色、蓝色以及琥珀色或暖白色在一个周期内各自点亮的时间，所述信号处理单元根据这四个点亮时间控制所述时分复用信号输出单元输出四组周期相同且在同一时刻最多只有一个为有效的驱动电平的脉宽调制信号，驱动对应光源模组点亮，并且通过调节四个光源模组的点亮与熄灭时间来调节四组光源模组的混色比，从而实现亮度调节、色彩调节和/或色温调节，
其中，周期T被分为四个时间段(t1、t2、t3、t4)，周期T和四个时间段(t1、t2、t3、t4)的时间长短受所述信号处理单元控制，在周期T的任意一个时间段内只有一个高电平脉宽调制信号和三个低电平脉宽调制信号，LED驱动模块输出驱动电压或电流，驱动对应的光源模组发光，将AC-DC电源模块依次在不同的时间段分配给不同的光源模组使用，点亮对应的光源模组，并且
周期T的每个时间段均加入了死区时间t0。
2.根据权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于，LED恒流驱动单元、四个开关管以及红色、绿色、蓝色以及琥珀色光源模组采用共阳极连接方式，LED恒流驱动单元的正输出端与各光源模组的正极相连，LED恒流驱动单元的负输出端与四个开关管的一端连接，四个开关管的另一端再分别与各光源模组的负极相连。
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Legal Events
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Address after: The new 611731 Chengdu Road, Sichuan province high tech Zone No. 2 Applicant after: Sichuan Sunfor Light Co., Ltd. Address before: The new 611731 Chengdu Road, Sichuan province high tech Zone No. 2 Applicant before: Sichuan Sunfor Lighting Co., Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: LED lighting device Effective date of registration: 20150529 Granted publication date: 20140813 Pledgee: Chengdu hi tech Zone Kun Kun micro loan Co., Ltd. Pledgor: Sichuan Sunfor Light Co., Ltd. Registration number: 2015510000022 |
|
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Date of cancellation: 20150810 Granted publication date: 20140813 Pledgee: Chengdu hi tech Zone Kun Kun micro loan Co., Ltd. Pledgor: Sichuan Sunfor Light Co., Ltd. Registration number: 2015510000022 |
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| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140813 Termination date: 20180915 |