CN105578642B - 一种运用于led灯具里的恒功率配色算法 - Google Patents

Abstract

一种运用于LED灯具里的恒功率配色算法，假设LED灯具设有n种颜色的灯珠，计算灯珠单色全亮的实际消耗的最大功率W1~Wn，测量灯具最大视在功率Ｐw；计算灯珠消耗功率的效率η，η=（W1+W2……+Wn）/Ｐw；设定灯具允许额定最大功率Ｍw，Ｍw<Ｐw；设各颜色PWM占空比为N1~Nn，各PWM占空比数值范围0~100%；计算不同颜色混比的当前视在功率Ｃw；Ｃw=(N1*W1+N2*W2+N3*W3……+Nn*Wn)/η；功率因素θ，其中0＜θ≤1，θ＝Ｍw/Ｃw，各颜色实际输出的占空比是N1*θ，N2*θ，N3*θ，……Nn*θ。调光时，根据当前的混色比调整亮度比，改变了亮度但又保证了混色的色彩性。

Description

一种运用于LED灯具里的恒功率配色算法

技术领域

本发明涉及LED灯具里的调光方法，尤其是运用于多种颜色混色控制里的恒功率配色算法。

背景技术

脉冲宽度调制（PWM，Pulse-Width Modulation） ，也简称为脉宽调制，脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有（ON），要么完全无（OFF）。电压或电流源是以一种通（ON）或断（OFF）的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。

几乎所有市售的单片机都有PWM模块功能，微控制器内部都包含有PWM控制器。只要将PWM技术应用于LED的调光中，通过控制各颜色的PWM占空比就能控制LED灯具各颜色的亮度，不同颜色的亮度混合就会产生不同的亮度比，每种亮度都有不同的LED灯光。

根据三原色的原理，当红光和绿光以及蓝光的比例一样时，混出来的光就是白光，如100份红光：100份绿光：100份蓝光=100份白光，那么红光、绿光和蓝光的亮度比是100:100:100，颜色混色比是1:1:1，同理1份的红光：1份绿光：1份蓝光=1份的白光，颜色混色比没有改变，仍然还是白光，只是白光亮度根据亮度比比例变暗了，而恒功率配色算法，就是实现在额定的功率范围内，保证LED灯具的各颜色混色比不变效果仍然是“白光”，自动调整亮度比。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是使用一种恒功率配色算法应用于LED的灯具PWM调光技术里，在额定的功率范围内，LED灯具的颜色混色比就是亮度比，当超出了额定的功率时，LED灯具会一直保持是额定的功率下工作，通过调整各颜色的亮度值保证各颜色混色比例保持不变。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种运用于LED灯具里的PWM恒功率配色算法

假设LED灯具设有n种颜色的灯珠，计算灯珠单色全亮的实际消耗的最大功率w1~wn，

测量灯具最大视在功率Ｐw；

计算灯珠消耗功率的效率η，η=（w1+w2+……wn）/Ｐw；

设定灯具允许额定最大功率Ｍw，Ｍw<Ｐw；

设各颜色PWM占空比为N1~Nn，各PWM占空比数值范围0~100%；

计算不同颜色混比的当前视在功率Ｃw；

Ｃw=(N1*w1+N2*w2+N3*w3+Nn *wn)/η；

功率因素θ（0＜θ≤1），θ＝Ｍw/Ｃw，各颜色实际输出的占空比是N1*θ，N2*θ，N3*θ，Nn*θ。

本发明中每种颜色的占空比都乘以一个相同的定值可以调整亮度比，由于各颜色亮度比保持不变，也保证了混色的色彩性。

本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：

每种颜色的占空比都乘以一个相同的定值，在保证了各颜色的混色比不变的情况下来改变其亮度比来改变混光的亮度，恒定功率算法同时也可以让灯具恒定在额定的功率范围内，不会超过电源的负载。

具体实施方式：

如一台四色的LED彩光灯，四色为RGBW，分别单独测量灯具各颜色全亮时的电流I和电压U，根据欧姆公式：P=UI，计算灯珠单色全亮的实际消耗的最大功率分别为Ｒw、Ｇw、Ｂw、Ｗw，整灯的总功率为Ｐw，则灯珠的消耗的功率效率比η为：

η=（Ｒw+Ｇw+Ｂw +Ｗw）/Ｐw；

调光时，设RGBW各颜色的占空比(0~100%)分别为ＲN、ＧN、ＢN、ＷN，则各颜色根据不同的占空比消耗的实际功率为ＲN*Ｒw、ＧN*Ｇw、ＢN*Ｂw、ＷN *Ｗw；然后可计算当前的视在功率Ｃw：

Ｃw=(ＲN*Ｒw+ＧN*Ｇw+ＢN*Ｂw+ＷN *Ｗw)/ η

设定一个额定的功率值Ｍw（Ｍw<Ｐw），此功率值就是用于设定灯具最大的功率值，当灯具的实际功率大于Ｍw时，实际的功率值也恒定保持是Ｍw；

接着，再引入一个参数：功率因素θ（0＜θ≤1），用于根据当前的混色比来调整亮度比，θ值根据是否超出额定功率值Ｍw来取值，当实际的功率Ｃw小于额定功率Ｍw时，θ值恒为1，保证在额定的功率范围内可以不受功率限制直接输出，而超过了额定功率以后就按照一个比例值进行制衡，所以，可求得θ值：

θ＝Ｍw/Ｃw；

最后，各颜色实际输出的占空比是ＲN*θ、ＧN*θ、ＢN*θ、ＷN*θ，每种颜色的占空比都乘以一个相同的定值，从而根据当前的混色比调整亮度比，改变了亮度但又保证了混色的色彩性。

根据三原色的原理，当红光和绿光以及蓝光的比例一样时，混出来的光就是白光，如100份红光：100份绿光：100份蓝光=100份白光，那么红光、绿光和蓝光的亮度比是100:100:100，颜色混色比是1:1:1，同理1份的红光：1份绿光：1份蓝光=1份的白光，颜色混色比没有改变，仍然还是白光，只是白光亮度根据亮度比比例变暗了，而恒功率配色算法，就是实现在额定的功率范围内，保证LED灯具的各颜色混色比不变效果仍然是“白光”，自动调整亮度比。

实验例：一支ＲＧＢＷ四色灯具，最大额定功率要求50Ｗ，当R、G、B、W的PWM占空比为100%时，对应各颜色功率Ｒ色18Ｗ，Ｇ色25Ｗ，Ｂ色27Ｗ，Ｗ色30Ｗ，两种颜色混合时：Ｒ+Ｇ功率43Ｗ，Ｒ+W功率48Ｗ，Ｂ+Ｗ功率57Ｗ，Ｒ+Ｇ+Ｗ功率70Ｗ，Ｇ+Ｂ+Ｗ功率82Ｗ，Ｒ+Ｇ+Ｂ+Ｗ功率100Ｗ。目标要求：1、如何才能让灯具保持单色最亮，或两种颜色工作到最亮；2、当两种以上颜色混色时，总功率既不超过50W，又能确保两种以上颜色的混色比例不会改变。

假定颜色PWM占空比都是0~255变化，亮度与PWM占空比严格成正比关系，LED消耗功率与PWM占空比成正比关系；

当功率不超过额定功率值时，PWM占空比就是颜色亮度，PWM占空比就是混色配比。当超出最大额定功率，两种或以上颜色混色时，功率保持恒定最大额定值不变，混色以各颜色PWM占空比的比例进行分配，此时颜色PWM占空比不代表亮度，只代表混色配比；比如当前Ｒ色PWM占空比为255，Ｇ色PWM占空比为255，功率为43Ｗ，当要加入Ｂ色时，随着Ｂ色PWM占空比增加，功率增加，当Ｂ色PWM占空比达到66时功率达到额定值50Ｗ，此时ＲＧＢ的PWM占空比的比例等于混色配比值等于亮度比等于255：255：100；当Ｂ色PWM占空比达到200时，总功率还是50Ｗ，ＲＧＢ的PWM占空比的比例已经发生改变，但混色配比值还为255：255：200，但亮度比是255*θ：255*θ：200*θ，而θ（0＜θ≤1）的值就是恒功率算法里的核心。

Claims (4)

1.一种运用于LED灯具里的恒功率配色算法，其特征在于：

假设LED灯具设有n种颜色的灯珠，计算灯珠单色全亮的实际消耗的最大功率W1~Wn，

测量灯具最大视在功率Ｐw；

计算灯珠消耗功率的效率η，η=（W1+W2……+Wn）/Ｐw；

设定灯具允许额定最大功率Ｍw，Ｍw<Ｐw；

设各颜色PWM占空比为N1~Nn，各PWM占空比数值范围0~100%；

计算不同颜色混比的当前视在功率Ｃw；

Ｃw=(N1*W1+N2*W2+N3*W3……+Nn *Wn)/η；

功率因素θ，其中0＜θ≤1，θ＝Ｍw/Ｃw，各颜色实际输出的占空比是N1*θ，N2*θ，N3*θ，……Nn*θ。

2.根据权利要求1所述的一种运用于LED灯具里的恒功率配色算法，其特征在于：分别单独测量灯具各颜色全亮时的电流I和电压U，根据欧姆公式：P=UI，分别计算出各颜色实际消耗的最大功率。

3.根据权利要求1所述的一种运用于LED灯具里的恒功率配色算法，其特征在于：LED灯具需设定额定的功率值。

4.根据权利要求1所述的一种运用于LED灯具里的恒功率配色算法，其特征在于：该LED灯具需要三种以上的颜色灯珠，并且各种颜色功率相加总和大于额定输出功率。