CN104936350B - 一种led发光装置的调光方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED发光装置的调光方法，其特征在于，所述调光方法通过时分复用控制模块输出与多个不同颜色的光源模组分别对应的多个控制信号并控制所述多个控制信号在任何一个时刻至多有一个处于高电平，使得至多一路输出驱动电压或电流驱动对应的光源模组发光。这样将电源转换器提供的电能依次在不同时间段分配给不同的支路使用，就不存在功率峰值叠加带来的电源转换器过载的问题，因而电源转换器功率配置可减小为现有技术的三分之一。电源转换器功率的减小，意味着其体积和重量都减小，因而节省了LED灯的成本。

Description

一种LED发光装置的调光方法

本发明为申请号为201110272764.2，申请日为2011年9月15日，发明名称为一种LED灯色彩调节驱动器的分案申请。

技术领域

本发明属于LED灯控制技术领域，更为具体地讲，涉及一种LED发光装置的调光方法。

背景技术

LED灯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灯的广泛应用，人们对LED灯的要求也越来越高，形成了从单一的亮度调节到色彩调节的多种控制方式。色彩调节采用的控制方式主要包括模拟方式的线性调光、数字方式的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)调光。

LED灯色彩调节的驱动方面没有特别限制，以实现功能为主要导向，一般采用共阳极或共阴极的结构，用恒压方式供电，以PWM信号控制其色彩的变化。但对于光源结构固定的应用场合，主要以每组独立恒流的驱动方式，以PWM控制其色彩变化。

对于PWM信号控制进行调色彩的LED灯来说，为避免功率峰值叠加带来的电源转换器过载的问题，通常以三种色彩的LED光源模组单独工作时的最大功率之和作为LED灯电源转换器的功率。但LED灯的实际功耗最大值只有电源转换器功率的三分之一左右，这样电源转换器功率配置以三种色彩光源模组单独工作时的功率之和为基准，则会造成配置电源转换器功率的浪费，同时，也造成电源转换器体积较大、重量较重，成本相对较高。而且，通常情况下，电源转换器是安装在灯壳内的，仅电源转换器就占据了灯具的大半空间，使得整个LED灯具的体积、重量和成本都较大。尤其是对于户外的LED灯具(如路灯)而言，灯具体积和重量的增加对产品的成本有着极大的影响。因为，不仅是在制备过程需要花费更多的材料和人力资源，而且在后期的安装过程中所涉及的相关产品，例如用作支撑灯具的灯杆，对这些产品的强度性能要求也是极高的，否则无法支撑如此重量和体积的LED灯具。并且，在台风频发的沿海地带，LED灯具的体积和重量过大会存在很大的安全隐患。因此，如何获得小型化、重量轻、低成本的电源转换器以及如何利用该小型电源转换器对LED灯达到调光的目的，是目前亟待解决的问题。中国专利CN 101196276A公开了一种程控混色LED投光灯，该发明所要解决的技术问题是如何通过PWM脉宽调制信号来调节LED灯组输出特定的色彩和亮度。中国专利CN 201515523U公开了一种发光二极管LED的驱动装置，并公开了通过“分段点亮”方式来降低传统LED驱动方式造成的电路中瞬时电流过大、电磁干扰明显的问题，目的是降低电路中的瞬时电流，减小电源输出功率。中国专利CN 102087834A公开了一种LED驱动电路，其解决的技术问题是：降低扫描显示器的结构成本并减小扫描显示器的尺寸方法。上述对比文件均没有涉及如何获得小型化、重量轻、低成本的电源转换器以及如何利用该小型电源转换器对LED灯达到调光的目的问题和相关技术手段。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种使电源转换器功率与LED灯实际功耗最大值相当的LED灯色彩调节驱动器。

为实现上述目的，本发明LED灯色彩调节驱动器，其特征在于，包括：

一时分复用控制模块，时分复用控制模块有三个寄存器和通信接口，三个寄存器分别用于存储红色、绿色以及蓝色光源模组的接通时间，通信接口和调色控制电路连接，接收来自调色控制电路的红色、绿色以及蓝色光源模组的接通时间数据，用于调节并更新三个寄存器存储的红色、绿色以及蓝色光源模组的接通时间，实现LED灯的色彩调节；有三路光源模组控制信号输出，分别对应红色、绿色以及蓝色三个色彩的控制；

在控制周期内，首先将第一个色彩对应的光源模组控制信号从低电平变为高电平，并维持对应的接通时间，接着，在第一个色彩对应的光源模组控制信号变为低电平后，将第二个色彩对应的光源模组控制信号从低电平变为高电平，并维持对应的接通时间，最后，在第二个色彩对应的光源模组控制信号变为低电平后，将第三个色彩对应的光源模组控制信号从低电平变为高电平，并维持对应的接通时间；

一功率输出模块，在某一色彩对应的光源模组控制信号为高电平时，输出驱动电压或电流，驱动对应的光源模组发光；

时分复用控制模块、功率输出模块都与电源转换器连接，电源转换器为时分复用控制模块、功率输出模块提供直流电源。

本发明目的是这样实现的：

本发明LED灯色彩调节驱动器通过时分复用控制模块，将三个色彩对应的光源模组控制信号在时间进行分割，使它们在任何一个时刻，至多有一个处于高电平，功率输出模块至多一路输出驱动电压或电流，驱动对应的光源模组发光，这样将电源转换器提供的电能依次在不同时间段分配给不同的支路使用，就不存在功率峰值叠加带来的电源转换器过载的问题，因而电源转换器功率配置可减小为现有技术的三分之一。电源转换器功率的减小，意味着其体积和重量都减小，因而节省了LED灯的成本。

附图说明

图1是本发明LED灯色彩调节驱动器一种具体实施方式原理图；

图2是图1所示的时分复用控制模块一种具体实施方式原理图；

图3是图1所示的功率输出模块一种具体实施方式原理框图；

图4是图1所示的功率输出模块另一种具体实施方式原理框图；

图5是光源模组控制信号在不同的色彩状态下一具体实例的时序图。

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。

图1是本发明LED灯色彩调节驱动器一种具体实施方式原理图。

在本实施例中，如图1所示，LED灯色彩调节驱动器2包括时分复用控制模块201和功率输出模块202。

时分复用控制模块201有三路光源模组控制信号PMW1、PMW2、PMW3输出，分别对应红色、绿色以及蓝色三个色彩的控制。

功率输出模块202，在某一色彩对应的光源模组控制信号为高电平时，输出驱动电压或电流，驱动对应的光源模组发光。即光源模组控制信号PMW1为高电平时，其输出驱动电压或电流，驱动红色光源模组发光；光源模组控制信号PMW2为高电平时，其输出驱动电压或电流，驱动绿色光源模组发光；光源模组控制信号PMW3为高电平时，其输出驱动电压或电流，驱动蓝色光源模组发光。

时分复用控制模块201、功率输出模块202都与电源转换器1连接，电源转换器1为时分复用控制模块201、功率输出模块202提供直流电源。在本实施例中，电源转换器1包括AC-DC转换器101和插头102；插头102为单相三端插头，包括火线端L、接地端E、零线端N，通过插头电源转换器1与电网连接，获得交流电源。AC-DC转换器101将从电网获得的交流电源转换为直流电源，并提供给时分复用控制模块201、功率输出模块202。电源转换器的结构和原理属于现有技术，在此不再赘述。

图2是图1所示的时分复用控制模块一种具体实施方式原理图。

在本实施例中，如图2所示，时分复用控制模块201包括一微处理单元(MCU)2011和DC-DC转换器2012；微处理单元2011中有三个寄存器R1～R3和通信接口，在本实施例中，通信接口为DALI接口(Digital Addressable Lighting Interface，数字可寻址的照明接口)。

三个寄存器R1～R3分别用于存储红色、绿色以及蓝色光源模组的接通时间，通信接口和调色控制电路连接，接收来自调色控制电路的红色、绿色以及蓝色光源模组的接通时间数据DATA，用于调节并更新三个寄存器R1～R3存储的红色、绿色以及蓝色光源模组的接通时间，实现LED灯的色彩调节。

由于在本实施例中，电源转换器1只输出一路电源Vdd，由于其同时需要给功率输出模块提供电源，其电压值较高，因此需要将其降压，以满足微处理单元2011所需电源的要求，DC-DC转换器2012就是将电源Vdd进行降压，然后输出作为微处理单元2011的电源。

图3是图1所示的功率输出模块一种具体实施方式原理框图。

在本实施例中，如图3所示，功率输出模块202包括三个恒流驱动器Q1～Q3，所述恒流驱动器Q1～Q3均具有PWM调光接口，当某一路光源模组控制信号为高电平时，与之相连接的恒流驱动器有驱动电流输出，并驱动对应的光源模组发光。另外，恒流驱动器为一个具有开路保护的恒流电源。

在控制周期T内，首先将第一个色彩，本实施例中为红色对应的光源模组控制信号PWM1从低电平变为高电平，并维持对应的接通时间t1，接着，在第一个色彩，即红色对应的光源模组控制信号PWM1变为低电平后，将第二个色彩，在本实施例中为绿色对应的光源模组控制信号PWM2从低电平变为高电平，并维持对应的接通时间t2，最后，在第二个色彩，即绿色对应的光源模组控制信号变为低电平后，将第三个色彩，即蓝色对应的光源模组控制信号PWM3从低电平变为高电平，并维持对应的接通时间t3。

如图1所示，时分复用控制模块201输出高电平不重叠的三路光源模组控制信号PWM1～PWM3信号，光源模组控制信号PWM1为高电平时，恒流驱动器Q1输出驱动电流驱动红色光源模组发光；光源模组控制信号PWM2为高电平时，恒流驱动器Q2输出驱动电流驱动绿色光源模组发光；光源模组控制信号PWM3为高电平时，恒流驱动器Q3输出驱动电流驱动蓝色光源模组发光，从而实现电源输功率在控制周期T内不同时间段，经由恒流驱动器Q1分配到红色光源模组、经由恒流驱动器Q2分配到绿色光源模组、经由恒流驱动器Q3分配到蓝色光源模组上。

通过设置红色、绿色以及蓝色光源模组的接通时间t1～t3，控制光源模组控制信号PWM1、PWM2和PWM3的高电平时间，实现LED灯色彩的调节。

在本实施例中，LED灯为一款额定功率为20W调色彩平板灯，光源部分由14串24颗0.06W并红色单粒组成的红色光源模组、14串24颗0.06W并绿色单粒组成的绿色光源模组和14串24颗0.06W并蓝色单粒组成的蓝色光源模组构成，三个色彩的光源模组各自采用独立回路连接。

图4是图1所示的功率输出模块另一种具体实施方式原理框图。

在本实施例中，如图3所示，功率输出模块202包括一个恒流驱动器2021以及三个开关管K1～K3，恒流驱动器202为一个具有开路保护的恒流电源，三个开关管K1～K3分别与各自对应色彩的光源模组D1～D3串联，然后都连接到恒流驱动器2021的输出端，三路光源模组控制信号PWM1、PWM2和PWM3分别接到对应色彩的开关管K1～K3的控制端，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，恒流驱动器有输出经过该开关管驱动对应的光源模组发光。这种方式，相对于图3所示的功率输出模块，其只需要一个恒流驱动器，这样成本大为降低。

图5是光源模组控制信号在不同的色彩状态下一具体实例的时序图。

在本实施例中，如图5所示，(a)～(f)为光源模组控制信号在不同的色彩状态，即白色高亮、白色半亮、紫色高亮、紫色半亮、红色高亮、红色半亮下时分复用控制模块输出的光源模组控制信号PWM1、PWM2和PWM3信号时序图。其中，接通时间t1对应光源模组控制信号PWM1高电平时间，接通时间t2对应光源模组控制信号PWM2高电平时间，接通时间t3对PWM3高电平时间，其中T＝4ms为PWM周期。

图5(a)所示为白色高亮状态时分复用模块时序图，t1＝4/3ms，t2＝4/3ms，t3＝4/3ms，t1+t2+t3＝T，恒流驱动器Q1～Q3输出功率之和约为20W，红色光源模组、绿色光源模组和蓝色光源模组均以1/3功率工作，每个色彩的光源模组的功耗为6.67W。

图5(b)所示为白色半亮状态时分复用模块时序图，t1＝2/3ms，t2＝2/3ms，t3＝2/3ms，t1+t2+t3＝T/2，恒流驱动器Q1～Q3输出功率之和约为10W，红色光源模组、绿色光源模组和蓝色光源模组均以1/6功率工作，每个色彩的光源模组的功耗为3.33W。此外，在控制时间T内，各个光源模组控制信号PWM1～PWM3的高电平之间均匀间隔，这样可以进一步保持电源转换器1输出功率的平稳性。

图5(c)所示为紫色高亮状态时分复用模块时序图，t1＝2ms，t2＝0ms，t3＝2ms，t1+t2+t3＝T，恒流驱动器Q1、Q3输出功率之和约为20W，红色光源模组和蓝色光源模组均以半功率工作，即功耗均为10W，而绿色光源模组不工作。

图5(d)所示为紫色半亮状态时分复用模块时序图，t1＝1ms，t2＝0ms，t3＝1ms，t1+t2+t3＝T/2，恒流驱动器Q1、Q3输出功率之和约为10W，红色光源模组和蓝色光源模组均以1/4功率工作，即功耗均为5W，而绿色光源模组不工作。

图5(e)所示为红色高亮状态时分复用模块时序图，t1＝4ms，t2＝0ms，t3＝0ms，t1+t2+t3＝T，恒流驱动器Q1输出功率约为20W，红色光源模组以全功率工作，即功耗为20W，而绿色光源模组和蓝色光源模组不工作。

图5(f)所示为红色半亮状态时分复用时序图，t1＝2ms，t2＝0ms，t3＝0ms，t1+t2+t3＝T/2，恒流驱动器Q1输出功率约10W，红色光源模组以半功率工作，即功耗为10W，而绿色光源模组和蓝色光源模组不工作。

以上给出了6个色彩调节的实例，其他色彩状态可以通过调整光源模组控制信号PWM1、PWM2和PWM3的高电平时间，即：改变接通时间t1、t2和t3，控制红色光源模组、绿色光源模组和蓝色光源模组发光功率，从而混色成不同色彩状态。对于某一色彩的调节，在保持亮度不变的情况下，改变接通时间t1、t2和t3，但t1、t2和t3之和维持一个定值。

同时，图5可以看出，只要LED灯的最大功率确定，每个光源模组的最大功率也就确定，并LED灯的最大功率相同，这是因为单色发光时的最大亮度与三色发光时的最大亮度应当一致，不然色彩调节时，会发生亮度变换。

在本实施例中，如果采用传统的驱动方式，会出现光源模组控制信号PWM1、PWM2和PWM3均为高电平，功率峰值叠加的情况，此时需要配置60W的电源转换器。而采用本发明的方案，电源转换器功率为传统方案的三分之一。此外，由于不会出现功率峰值叠加的情况，输出功率也较为平稳。

在本实施例中，如图5所示，在控制时间T内，各个光源模组控制信号PWM1～PWM3的高电平之间均匀间隔，这样可以进一步保持电源转换器1输出功率的平稳性。

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，控制功率输出模块输出，驱动三个色彩的光源模组发光，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。

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 (1)

1.一种LED发光装置的调光方法，其特征在于，所述调光方法通过时分复用控制模块输出与多个不同颜色的光源模组分别对应的多个控制信号并控制所述多个控制信号在任何一个时刻至多有一个处于高电平，使得至多一路输出驱动电压或电流驱动对应的光源模组发光；

其中，所述LED发光装置包括红色、绿色和蓝色光源模组、功率输出模块以及时分复用控制模块，

所述调光方法通过时分复用控制模块输出与所述红色、绿色和蓝色光源模组分别对应的第一光源模组控制信号、第二光源模组控制信号和第三光源模组控制信号并控制所述第一光源模组控制信号、所述第二光源模组控制信号和所述第三光源模组控制信号在任何一个时刻至多有一个处于高电平，使得所述功率输出模块至多一路输出驱动电压或电流，从而驱动对应的光源模组发光；

所述时分复用控制模块、所述功率输出模块都与电源转换器连接，电源转换器为时分复用控制模块、功率输出模块提供直流电源，从而LED灯的最大功率确定且相同，则所述红色、绿色、蓝色光源模组的最大功率相同，保证在色彩调节时单色发光的最大亮度与三色发光的最大亮度一致；

所述时分复用控制模块将所述第一光源模组控制信号、所述第二光源模组控制信号和所述第三光源模组控制信号在时间上进行分割，通过调节所述红色、绿色和蓝色光源模组的接通时间来调节所述第一光源模组控制信号、所述第二光源模组控制信号和所述第三光源模组控制信号的高电平时间，进而实现LED发光装置色彩的调节；

所述红色、所述绿色和所述蓝色光源模组的接通时间之和维持一个定值；

接通时间t1对应所述第一光源模组控制信号高电平时间，接通时间t2对应所述第二光源模组控制信号高电平时间，接通时间t3对应所述第三光源模组控制信号高电平时间，T＝4ms为PWM周期，其中，

t1＝4/3ms，t2＝4/3ms，t3＝4/3ms，且t1+t2+t3＝T，此时为白色高亮状态，所述红色光源模组、绿色光源模组和蓝色光源模组均以1/3功率工作，或t1＝2ms，t2＝0ms，t3＝2ms，且t1+t2+t3＝T，此时为紫色高亮状态，所述红色光源模组和蓝色光源模组均以半功率工作，绿色光源模组不工作，或t1＝4ms，t2＝0ms，t3＝0ms，且t1+t2+t3＝T，此时为红色高亮状态，所述红色光源模组以全功率工作，绿色光源模组和蓝色光源模组不工作；

并且，

t1＝2/3ms，t2＝2/3ms，t3＝2/3ms，且t1+t2+t3＝T/2，此时为白色半亮状态，所述红色光源模组、绿色光源模组和蓝色光源模组均以1/6功率工作，或t1＝1ms，t2＝0，t3＝1ms，且t1+t2+t3＝T/2，此时为紫色半亮状态，所述红色光源模组和蓝色光源模组均以1/4功率工作，绿色光源模组不工作，或t1＝2ms，t2＝0，t3＝0，且t1+t2+t3＝T/2，此时为红色半亮状态，所述红色光源模组以半功率工作，绿色光源模组和蓝色光源模组不工作；

在控制周期内，所述第一光源模组控制信号、所述第二光源模组控制信号和所述第三光源模组控制信号的高电平之间是均匀间隔的；

所述时分复用控制模块的三个寄存器分别储存所述红色、绿色和蓝色光源模组的接通时间，所述时分复用控制模块的通信接口和调色控制电路连接，接收来自所述调色控制电路的所述红色、所述绿色以及所述蓝色光源模组的接通时间数据，并用于调节并更新三个寄存器存储的红色、绿色以及蓝色光源模组的接通时间，实现LED灯的色彩调节；

在控制周期内，首先将第一个色彩对应的光源模组控制信号从低电平变为高电平，并维持对应的接通时间，接着在第一色彩对应的光源模组控制信号变为低电平后，将第二个色彩对应的光源模组控制信号从低电平变为高电平，并维持对应的接通时间，最后在第二个色彩对应的光源模组控制信号变为低电平后，将第三个色彩对应的光源模组控制信号从低电平变为高电平，并维持对应的接通时间；

所述功率输出模块包括三个恒流驱动器，其中

所述第一光源模组控制信号为高电平时，第一恒流驱动器输出驱动电流驱动红色光源模组发光；所述第二光源模组控制信号为高电平时，第二恒流驱动器输出驱动电流驱动绿色光源模组发光；所述第三光源模组控制信号为高电平时，第三恒流驱动器输出驱动电流驱动蓝色光源模组发光；从而实现电压输出功率在控制周期内不同时段经由第一恒流驱动器分配到红色光源模组、第二恒流驱动器分配到绿色光源模组、第三恒流驱动器分配到蓝色光源模组。