CN102355782A - 自适应led调光器 - Google Patents

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范世全
耿莉
高源�
王胜磊
陈雷铖
李凤霞
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Abstract

本发明公开了一种自适应LED调光器，包括电源模块、感光模块、升压电路、模式选择模块、控制模块、LED阵列和多路LED驱动电路；所述电源模块分别与感光模块、模式选择模块、升压电路和控制模块单向连接；所述升压电路与多路LED驱动电路双向连接；所述LED阵列一端连接升压电路，另一端连接多路LED驱动电路；所述模式选择模块与控制模块单向连接。本发明的优势主要有以下几个方面：照度调节智能化，更大程度发挥了LED照明的节能优势；充分利用自然光源，可实现恒定照度输出；自适应LED调光***体积小，便携性优。

Description

自适应LED调光器
技术领域：
本发明属于照明领域，涉及一种主动式自适应LED调光装置，尤其是一种采用PWM的调光方式实现的自适应LED调光器。
背景技术：
现有的线性调光方法有模拟调光和数字PWM调光两种方式。模拟调光方式主要利用LED器件的亮度与LED驱动电流成定固定比例关系，其优点是：当驱动电流线性变化时，相对减少了驱动电流过冲对LED的影响，控制电路抗干扰性较强。其缺点是线性度及调光比不高，并且色温不一致。数字PWM调光方式通过脉冲宽度的调节，改变LED器件工作的时间，也同时改变了输出功率，从而达到节能的目的。其优点是：LED器件只存在关断或额定电流工作两种状态，具有高线性度和高调光比，色温一致。其缺点是高精度ADC与高位数字PWM控制器设计困难，且LED存在频闪。
现有的调光方式有被动式调光和主动式调光。被动式调光主要采用人工控制的方式调节LED器件的发光强度，调光***处于开环状态，***稳定，设计简单，该方法很难实时跟踪环境照度变化进行相应调整，宜造成能源浪费。主动式调光采用全自动模式，可依据采样点照度，自动调节LED器件的发光强度，因而更加节约能源。但是，由于***处于闭环或局部闭环状态，稳定性设计受到挑战。目前已有用于照明的主动式调光设备***，但是体积庞大，成本高。
自适应调光的***在北欧例如挪威等国家已经作为一项重点发展的项目在研究，例如Norwegian Public Roads Administration提出了在Drammen实现自适应LED路灯***的议案，并加以重点研究和发展。国内自适应调光LED的相关研究工作几近空白，上海大学及中科院半导体所等研究机构对此的研究还停留在理论层面。
发明内容：
本发明针对人眼对照度的不同需求，设计了一款自适应LED调光***，它可以根据当前环境中自然照明以及其他照明设备的照度来自适应调节LED照明的光强，从而使环境整体照度达到人眼最舒适。该***设置有不同光强档位，以满足不同场合下人对光线强度的需求。而对应每一个档位，通过感光元件检测环境光强，控制LED线性调光器来实现LED照明的自动化调节，使环境亮度达到人眼最适宜的程度。本发明既实现了照度调节智能化，又节省了电能，满足节能、低碳、环保的要求。本发明体积小，具有很好的便携性能。
本发明包括电源模块、感光模块、升压电路、模式选择模块、控制模块、LED阵列和多路LED(多路LED的范围可以是1至24路的任意值)驱动电路；所述电源模块分别与感光模块、模式选择模块、升压电路和控制模块单向连接；所述升压电路与多路LED驱动电路双向连接；所述LED阵列一端连接升压电路，另一端连接多路LED驱动电路；所述模式选择模块与控制模块单向连接。
所述电源模块提供感光模块、升压电路、模式选择模块、控制模块、LED阵列和多路LED驱动电路所需电能。
所述模式选择模块利用多路开关可选择的核心***控制方式有：1)自适应无级调光，用户可以通过无级调光旋钮全范围调节所需要的光照度，***采用反馈控制实现自适应调节LED光强，使检测处的光照度稳定在设定值。2)不同场合选择档位调光，此时***工作在局部闭环状态。本发明设计了譬如书房、客厅、卧室和楼梯等多种应用场合，光强由多路开关设置，而反馈回路提供微量调整，在小范围内调节LED光强。
所述控制模块将经过模式选择控制的电压信号经过内部数模转换器转换成数字信息，并通过内部DPWM电路输出PWM信号，PWM信号的占空比与感光电压成比例关系。
所述多路LED电流驱动电路实现多通道的LED驱动，其LED的电流大小由IREF信号设置。
本发明的优势主要有：照度调节智能化，更大程度发挥了LED照明的节能优势；充分利用自然光源，可实现恒定照度输出；自适应LED调光***体积小，便携性优。
附图说明：
图1为本发明的自适应LED调光器结构示意图；
其中：1为电源模块；2为升压电路；3为感光模块；4为模式选择模块；5为控制模块；6为LED阵列；7为多路LED驱动电路；8为光信号；9为PWM信号。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，一种自适应LED调光器，包括电源模块、感光模块、升压电路、模式选择模块、控制模块、LED阵列和多路LED驱动电路；所述电源模块分别与感光模块、模式选择模块、升压电路和控制模块单向连接；所述升压电路与多路LED驱动电路双向连接；所述LED阵列一端连接升压电路，另一端连接多路LED驱动电路；所述模式选择模块与控制模块单向连接。
电源模块提供不同的电源电压给其它模块供电，以保证整个***正常工作。
感光模块检测其所在环境照度值总和(包括环境光照和LED补偿光照)，并将其转换成电压信号VSENSE，VSENSE与检测到的光信号成正比例关系。
模式选择模块利用多路开关可选择的***控制方式为：1)自适应无级调光：用户可以通过无级调光旋钮，全范围调节所需要的光照度，***采用反馈控制实现自适应调节LED光强，使检测处的光照度稳定在设定值；2)不同场合选择档位调光，此时***工作在局部闭环状态，本发明设计了譬如书房、客厅、卧室和楼梯等多种应用场合，光强主要由多路开关设置，而反馈回路提供微量调整，在小范围内调节LED光强；3)用户强制无级调光，此时***工作在开环状态，LED的亮度直接由调光旋钮控制；4)针对各种典型应用场合设计了用户强制的多段调光，此时***工作在开环状态，LED的亮度直接由多路开关控制。本发明的核心***控制方式为上述1)和2)方式。
控制模块将经过模式选择控制的电压信号经过内部数模转换器转换成数字信息，并通过内部DPWM电路输出PWM信号，PWM信号的占空比与感光电压成比例关系。
多路LED电流驱动电路实现LED恒流驱动，其LED的电流大小由IREF信号设置。本发明采用PWM调光方式，IREF保持不变，通过PWM信号高低电平的不同，控制驱动电路的工作状态；PWM信号为高电平时，驱动电路工作，LED上通过由IREF设定的电流值；PWM信号为低电平时，驱动电路不工作，LED上通过电流为零。改变PWM的占空比可以控制一个周期内LED导通和关断的时间，这样即可实现调节LED发光强度。
升压电路模块为LED供电，由多路LED电流驱动电路反馈的VFB信号控制其输出所需的电压值，以保证LED上通过的电流恒定，实现LED的串联发光，提高***效率。
本发明的调光***中包含了两个闭环***。第一，由光信号、感光模块、模式选择模块、多路LED电流驱动电路和LED阵列构成的闭环反馈环路，其目的是实现PWM调光，以保证在一定的时间内，针对环境光强的变化，实现LED电路***的动态调光过程，以抑制环境光强度的变化，实现恒定照度照明；第二，由升压电路模块、LED阵列、多路LED电流驱动电路和VFB构成的闭环反馈环路，其目的是实现升压电路输出电压在满足IREF的条件下尽可能小，以保证整体电路***效率最高。由于外界光环境和模式选择场合的不同，闭环***的反馈系数将发生变化，造成了环路分析和参数确定的困难，本发明进行了合理设计，使得两个闭环***均达到稳定。
本发明的优势主要有以下几个方面：
(1)相对于市场上几乎不存在自适应光源，本发明采用节能LED，即提高了亮度，又节省了电能。
(2)相对于市面上绝大多数的LED灯，本发明可以实现照度调节智能化。
(3)本发明研究的自适应LED调光***体积小，便携性非常好，广泛适用于普通家庭及其他公共场所。
(4)本发明成本低廉，使用方便，便于推广应用及功能扩展。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (5)

1.自适应LED调光器，其特征在于：包括电源模块、感光模块、升压电路、模式选择模块、控制模块、LED阵列和多路LED驱动电路；所述电源模块分别与感光模块、模式选择模块、升压电路和控制模块单向连接；所述升压电路与多路LED驱动电路双向连接；所述LED阵列一端连接升压电路，另一端连接多路LED驱动电路；所述模式选择模块与控制模块单向连接。
2.如权利要求1所述自适应LED调光器，其特征在于：所述电源模块提供感光模块、升压电路、模式选择模块、控制模块、LED阵列和多路LED驱动电路所需电能。
3.如权利要求1所述自适应LED调光器，其特征在于：所述模式选择模块利用多路开关选择***多种控制方式，***多种控制方式为：1)自适应无级调光，用户可以通过无级调光旋钮全范围调节所需要的光照度，***采用反馈控制实现自适应调节LED光强，使检测处的光照度稳定在设定值；2)不同场合选择档位调光，此时***工作在局部闭环状态，光强由多路开关设置，而反馈回路提供微量调整，在小范围内调节LED光强。
4.如权利要求1所述自适应LED调光器，其特征在于：所述控制模块将经过模式选择控制的电压信号经过内部数模转换器转换成数字信息，并通过内部DPWM电路输出PWM信号，PWM信号的占空比与感光电压成比例关系。
5.如权利要求1所述自适应LED调光器，其特征在于：所述多路LED电流驱动电路实现LED阵列驱动，其LED的电流大小由IREF信号设置。
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