CN107094335B - 一种led灯光线舒适度的色温亮度调节方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种LED灯光线舒适度的色温亮度调节方法，检测LED灯需要的光线亮度信息；根据所述LED灯需要的光线亮度信息将LED灯的调制信号分解为用于控制暖色LED灯导通的占空比信号PWM1和用于控制冷色LED灯导通的占空比信号PWM2；将所述占空比信号PWM1和占空比信号PWM2分别发送并点亮相应的暖色LED灯和冷色LED灯；所述占空比信号PWM1和占空比信号PWM2的导通时间保证相应的暖色LED灯和冷色LED灯的光线混合后的亮度达到LED灯需要的光线亮度同时光线混合后的色温位于鲁索夫理论亮度色温曲线的舒适区。

Description

一种LED灯光线舒适度的色温亮度调节方法及装置

技术领域

本发明涉及LED灯照明领域，尤其涉及一种LED灯光线舒适度的色温亮度调节方法及装置。

背景技术

早在1941年，荷兰科学家鲁索夫(Kruithof)研究了光线色温和亮度组合与舒适度的关系，并发表了相关论文，称为鲁索夫理论(Kruithof's rule)，第一次指出了统计学意义上的照明舒适区间。从鲁索夫理论亮度色温曲线图可以看出，在亮度较低时，低色温的光线照明较为舒适，在亮度较高时，高色温的光线照明较为舒适。

现有的LED灯具调光调色一般采用亮度独立调节或亮度和色温分开独立调节，基本没有考虑到光线强度与人体感受舒适度之间的关系。在数字照明控制***里，如果具有高低两种色温可调的灯具，可以借助调光***的配置功能，在亮度较低时配置较低的色温光线，在亮度较高时，配置较高的色温光线，使人们可以获得舒适的照明光环境。但是依靠单一的亮度调节来满足照明的舒适度控制，市场上还没有相关的产品。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种LED灯光线舒适度的色温亮度调节方法及装置。

本发明提供的技术方案为：

一种LED灯光线舒适度的色温亮度调节方法，所述方法包括步骤：

检测LED灯需要的光线亮度信息；

根据所述LED灯需要的光线亮度信息将LED灯的调制信号分解为用于控制暖色LED灯导通的占空比信号PWM1和用于控制冷色LED灯导通的占空比信号PWM2；

将所述占空比信号PWM1和占空比信号PWM2分别发送并点亮相应的暖色LED灯和冷色LED灯；

所述占空比信号PWM1和占空比信号PWM2的导通时间保证相应的暖色LED灯和冷色LED灯的光线混合后的亮度达到LED灯需要的光线亮度,同时光线混合后的色温位于鲁索夫理论亮度色温曲线的舒适区。

优选的是，所述暖色LED灯的色温值为2500K至3500K，所述冷色LED灯的色温值为5000K至7000K。

优选的是，所述LED灯需要的光线亮度范围为0至1000Lux。

优选的是，当所述LED灯需要的光线亮度为0至100Lux时，所述占空比信号PWM1的导通时间保证所述暖色LED灯的亮度达到需要的亮度值，所述冷色LED灯不导通。

优选的是，当所述LED灯需要的光线亮度为900至1000Lux时，所述占空比信号PWM2的导通时间保证所述冷色LED灯的亮度达到需要的亮度值，所述暖色LED灯不导通。

优选的是，当所述LED灯需要的光线亮度为100至900Lux时，满足：

暖色LED灯导通占空比信号PWM1＝(-1.25×I+1.125)×I；

冷色LED灯导通占空比信号PWM2＝(1.25×I-0.125)×I；

其中I为亮度值百分比且I＝LED灯需要的光线亮度/1000。

本发明同时提供一种LED灯光线舒适度的色温亮度调节装置，所述装置包括：

信号处理电路，所述信号处理电路用于检测LED灯需要的光线亮度信息，并根据所述LED灯需要的光线亮度信息将LED灯的调制信号分解为用于控制暖色LED灯导通时间的占空比信号PWM1和用于控制冷色LED灯导通时间的占空比信号PWM2；

LED灯驱动电路，所述用于按照所述占空比信号PWM1和占空比信号PWM2分别点亮相应的暖色LED灯和冷色LED灯；

电源电路，所述电源电路用于为所述信号处理电路和LED灯驱动电路供电；

所述占空比信号PWM1和占空比信号PWM2的导通时间保证相应的暖色LED灯和冷色LED灯的光线混合后的亮度达到LED灯需要的光线亮度同时光线混合后的色温位于鲁索夫理论亮度色温曲线的舒适区。

优选的是，所述LED灯驱动电路为线性恒流驱动电路或降压式PWM恒流变换器电路。

优选的是，当所述LED灯需要的光线亮度为0至100Lux时，所述占空比信号PWM1的导通时间保证所述暖色LED灯的亮度达到需要的亮度值，所述冷色LED灯不导通；

当所述LED灯需要的光线亮度为900至1000Lux时，所述占空比信号PWM2的导通时间保证所述冷色LED灯的亮度达到需要的亮度值，所述暖色LED灯不导通。

优选的是，当所述LED灯需要的光线亮度为100至900Lux时，满足：

暖色LED灯导通占空比信号PWM1＝(-1.25×I+1.125)×I，

冷色LED灯导通占空比信号PWM2＝(1.25×I-0.125)×I；

其中I为亮度值百分比且I＝LED灯需要的光线亮度/1000。

本发明的有益效果：

本发明的LED灯光线舒适度的色温亮度调节方法及装置，通过合理的配置方式，在满足LED灯照明亮度的同时，将相应亮度下的色温值控制到鲁索夫理论光照的舒适区，使得用户的光照舒适度体验大大提高。

附图说明

图1为本发明的LED灯光线舒适度的色温亮度调节方法获得的色温在鲁索夫理论亮度色温曲线的舒适区的示意图；

图2为本发明的LED灯光线舒适度的色温亮度调节装置的电路示意图；

图3为本发明的驱动电路为线性恒流驱动电路时的装置结构电路图；

图4为本发明的驱动电路为降压式PWM恒流变换器电路时的装置结构电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明提供的一种LED灯光线舒适度的色温亮度调节方法及装置，通过对LED灯需要的亮度进行处理，分解出高低两种色温驱动信号来调节光线的色温值，以满足照明的舒适度控制。

采用外接AC/DC电源1供电，DC/DC稳压电路2为信号处理电路提供稳定电压，可调电位器VR3作为亮度调节器件，恒流电路为LED光源提供驱动电流，驱动电流随着亮度调节信号的变化而变化，亮度调节信号经过信号处理电路处理，经内部运算，计算出暖冷LED光源的导通时间，并输出脉宽调制信号PWM1和PWM2来控制暖冷两种LED光源的色温。

一种LED灯光线舒适度的色温亮度调节方法，包括：

S1：检测LED灯需要的光线亮度信息；

S2：根据所述LED灯需要的光线亮度信息将LED灯的调制信号分解为用于控制暖色LED灯导通的占空比信号PWM1和用于控制冷色LED灯导通的占空比信号PWM2；

S3：将所述占空比信号PWM1和占空比信号PWM2分别发送并点亮相应的暖色LED灯和冷色LED灯；

如图1所示，其中，所述占空比信号PWM1和占空比信号PWM2的导通时间保证相应的暖色LED灯和冷色LED灯的光线混合后的亮度达到LED灯需要的光线亮度，同时光线混合后的色温位于鲁索夫理论亮度色温曲线的舒适区。

根据实际情况需要所述暖色LED灯的可选色温值为2500K至3500K，所述冷色LED灯的可选色温值为5000K至7000K。实际应用中暖色的色温标准值一般为2700K、3000K、3500K，冷色色温值一般为5000K、5700K、6500K档位。

根据室内需要的亮度，所述LED灯需要的光线亮度范围为0至1000Lux，而一般满足室内照明的区间为400至600Lux。

光照强度与色温控制的关系如下：

a.当所述LED灯需要的光线亮度为0至100Lux时，所述占空比信号PWM1的导通时间保证所述暖色LED灯的亮度达到需要的亮度值，所述冷色LED灯不导通，即：

当亮度值百分比I：0≤I≤10％时

暖色LED导通时间百分比：PWM1＝I；

冷色LED导通时间百分比：PWM2＝0；

b.当所述LED灯需要的光线亮度为100至900Lux时，满足：

暖色LED灯导通占空比信号PWM1＝(-1.25×I+1.125)×I；

冷色LED灯导通占空比信号PWM2＝(1.25×I-0.125)×I；

c.当所述LED灯需要的光线亮度为900至1000Lux时，所述占空比信号PWM2的导通时间保证所述冷色LED灯的亮度达到需要的亮度值，所述暖色LED灯不导通，即：

当亮度值百分比I：90％＜I≤100％时

暖色LED导通时间百分比：PWM1＝0；

冷色LED导通时间百分比：PWM2＝I。

其中上述I为亮度值百分比，且I＝LED灯需要的光线亮度/1000。

如图2、图3和图4所示，本发明同时还提供了一种LED灯光线舒适度的色温亮度调节装置，

包括信号处理电路4，所述信号处理电路4用于检测LED灯需要的光线亮度信息，并根据所述LED灯需要的光线亮度信息将LED灯的调制信号分解为用于控制暖色LED灯导通时间的占空比信号PWM1和用于控制冷色LED灯导通时间的占空比信号PWM2；

LED灯驱动电路，所述用于按照所述占空比信号PWM1和占空比信号PWM2分别点亮相应的暖色LED灯5和冷色LED灯6；所述占空比信号PWM1和占空比信号PWM2通过开关元器件7实现控制相应的LED灯。亮度调节VR3用于调整亮度信号的输入，亮度调节VR3为可调电位器。

电源电路，所述电源电路用于为所述信号处理电路和LED灯驱动电路供电；所述电源电路包括AC/DC电源1和DC/DC稳压电源2，其分别用于将220v市电转换为可用的交流电以及将直流电与交流电隔离并稳压。

其中，所述占空比信号PWM1和占空比信号PWM2的导通时间保证相应的暖色LED灯和冷色LED灯的光线混合后的亮度达到LED灯需要的光线亮度，同时光线混合后的色温位于鲁索夫理论亮度色温曲线的舒适区。

所述LED灯驱动电路为线性恒流驱动电路或降压式PWM恒流变换器电路。

其中，当所述LED灯需要的光线亮度为0至100Lux时，所述占空比信号PWM1的导通时间保证所述暖色LED灯的亮度达到需要的亮度值，所述冷色LED灯不导通；

当所述LED灯需要的光线亮度为100至900Lux时，满足：

暖色LED灯导通占空比信号PWM1＝(-1.25×I+1.125)×I；

冷色LED灯导通占空比信号PWM2＝(1.25×I-0.125)×I；

其中I为亮度值百分比且I＝LED灯需要的光线亮度/1000。

当所述LED灯需要的光线亮度为900至1000Lux时，所述占空比信号PWM2的导通时间保证所述冷色LED灯的亮度达到需要的亮度值，所述暖色LED灯不导通。

实施例1：如图3所示，图3为本发明的基于线性恒流驱动的装置电路图，装置主要包括四部分：AC/DC电源1，DC/DC稳压电源2，信号处理电路4和线性恒流驱动电路7。所述AC/DC电源1根据LED灯光源的正向电压和功率选择合适的输出电压值，一般AC/DC电源的输出电压比LED灯光源的正向电压高2伏，由此可以得到比较高的功率转换效率。DC/DC稳压电源2采用LM2576HV-5.0作为主控芯片，输出恒定DC5V电压。信号处理电路4采用PIC16F1825处理器作为信号处理芯片，可调电位器VR3作为亮度调节元件，信号处理电路输出4两路占空比PWM信号：PWM1和PWM2，作为暖冷两种LED光源的控制信号。恒流驱动电路7采用DD311线性恒流驱动芯片，恒流输出驱动LED1、LED2两种色温的LED芯片，以控制两种LED光源的导通时间。通过改变电阻R1和R2的阻值可以改变驱动电流大小。以最常见的暖色光源采用色温2700K，冷色光源采用色温6500k的LED灯，光照强度为0至1000Lux为例：

信号处理电路4根据所述LED灯需要的光线亮度信息通过脉宽调制得到占空比信号PWM1和PWM2输出来控制冷暖两种LED光源。其通过根据所述LED灯需要的光线亮度信息的程序计算亮度与色温的关系，算法为：

(1)当亮度值百分比I：0≤I≤10％时，暖色LED导通时间百分比：PWM1＝I，冷色LED导通时间百分比：PWM2＝0；

(2)当亮度值百分比：10％＜I≤90％时，暖色LED导通时间百分比：PWM1＝(-1.25×I+1.125)×I，冷色LED导通时间百分比：PWM2＝(1.25×I-0.125)×I；

(3)当亮度值百分比：90％＜I≤100％时，暖色LED导通时间百分比：PWM1＝0，冷色LED导通时间百分比：PWM2＝I；

其中I为亮度值百分比且I＝LED灯需要的光线亮度/1000。

将计算后得到的占空比信号PWM1和PWM2发送给线性恒流驱动电路7，从而得到相应的亮度，同时让相应光照更舒适。

实施例2：如图4所示，图4为本发明的基于降压式PWM恒流变换器控制的装置电路图，装置主要包括四部分：AC/DC电源1，DC/DC稳压电源2，信号处理电路4，降压式PWM恒流变换器电路7。AC/DC电源1根据LED光源的正向电压和功率选择合适的输出电压值，一般AC/DC电源的输出电压比LED光源的正向电压高2伏，可以得到比较高的功率转换效率。DC/DC稳压电源2采用LM2576HV-5.0作为主控芯片，输出恒定DC5V电压。信号处理电路4采用PIC16F1825处理器作为信号处理芯片，可调电位器VR3作为亮度调节元件，信号处理电路输出3路PWM信号：PWM0、PWM1、PWM2，其中PWM1、PWM2作为暖冷两种LED光源的控制信号，PWM0用于控制总的电流从而控制光源的亮度，PWM1、PWM2直接控制三极管的通断。降压式PWM恒流变换器电路7采用MP4688作为恒流驱动芯片，恒流输出驱动LED1、LED2两种色温的LED芯片，PWM1、PWM2分别连接N-MOS管，控制两种LED光源的导通时间，改变电阻R1的值可以改变驱动电流值。

信号处理电路4根据所述LED灯需要的光线亮度信息通过脉宽调制得到占空比信号PWM1和PWM2输出来控制冷暖两种LED光源。其通过根据所述LED灯需要的光线亮度信息的程序计算亮度与色温的关系，算法为：

(1)当亮度值百分比I：0≤I≤10％时，暖色LED导通时间百分比：PWM1＝I，冷色LED导通时间百分比：PWM2＝0；

(2)当亮度值百分比：10％＜I≤90％时，暖色LED导通时间百分比：PWM1＝(-1.25×I+1.125)×I，冷色LED导通时间百分比：PWM2＝(1.25×I-0.125)×I；

(3)当亮度值百分比：90％＜I≤100％时，暖色LED导通时间百分比：PWM1＝0，冷色LED导通时间百分比：PWM2＝I；

其中I为亮度值百分比且I＝LED灯需要的光线亮度/1000。

Claims (3)

1.一种LED灯光线舒适度的色温亮度调节方法，其特征在于包括步骤：

检测LED灯需要的光线亮度信息；

根据所述LED灯需要的光线亮度信息将LED灯的调制信号分解为用于控制暖色LED灯导通的占空比信号PWM1和用于控制冷色LED灯导通的占空比信号PWM2；

将所述占空比信号PWM1和占空比信号PWM2分别发送并点亮相应的暖色LED灯和冷色LED灯；

所述占空比信号PWM1和占空比信号PWM2的导通时间保证相应的暖色LED灯和冷色LED灯的光线混合后的亮度达到LED灯需要的光线亮度,同时光线混合后的色温位于鲁索夫理论亮度色温曲线的舒适区；

所述暖色LED灯的色温值为2500K至3500K，所述冷色LED灯的色温值为5000K至7000K；

当所述LED灯需要的光线亮度为0至100Lux时，所述占空比信号PWM1的导通时间保证所述暖色LED灯的亮度达到需要的亮度值，所述冷色LED灯不导通；

当所述LED灯需要的光线亮度为900至1000Lux时，所述占空比信号PWM2的导通时间保证所述冷色LED灯的亮度达到需要的亮度值，所述暖色LED灯不导通；

当所述LED灯需要的光线亮度为100至900Lux时，满足：

暖色LED灯导通占空比信号PWM1＝(-1.25×I+1.125)×I；

冷色LED灯导通占空比信号PWM2＝(1.25×I-0.125)×I；

其中I为亮度值百分比且I＝LED灯需要的光线亮度/1000。

2.一种LED灯光线舒适度的色温亮度调节装置，其特征在于包括：

信号处理电路，所述信号处理电路用于检测LED灯需要的光线亮度信息，并根据所述LED灯需要的光线亮度信息将LED灯的调制信号分解为用于控制暖色LED灯导通时间的占空比信号PWM1和用于控制冷色LED灯导通时间的占空比信号PWM2；

LED灯驱动电路，所述用于按照所述占空比信号PWM1和占空比信号PWM2分别点亮相应的暖色LED灯和冷色LED灯；

电源电路，所述电源电路用于为所述信号处理电路和LED灯驱动电路供电；

所述占空比信号PWM1和占空比信号PWM2的导通时间保证相应的暖色LED灯和冷色LED灯的光线混合后的亮度达到LED灯需要的光线亮度,同时光线混合后的色温位于鲁索夫理论亮度色温曲线的舒适区；

所述暖色LED灯的色温值为2500K至3500K，所述冷色LED灯的色温值为5000K至7000K；

当所述LED灯需要的光线亮度为0至100Lux时，所述占空比信号PWM1的导通时间保证所述暖色LED灯的亮度达到需要的亮度值，所述冷色LED灯不导通；

当所述LED灯需要的光线亮度为900至1000Lux时，所述占空比信号PWM2的导通时间保证所述冷色LED灯的亮度达到需要的亮度值，所述暖色LED灯不导通；当所述LED灯需要的光线亮度为100至900Lux时，满足：

暖色LED灯导通占空比信号PWM1＝(-1.25×I+1.125)×I；

冷色LED灯导通占空比信号PWM2＝(1.25×I-0.125)×I；

其中I为亮度值百分比且I＝LED灯需要的光线亮度/1000。

3.根据权利要求2所述的LED灯光线舒适度的色温亮度调节装置，其特征在于：

所述LED灯驱动电路为线性恒流驱动电路或降压式PWM恒流变换器电路。