CN108513396A - 一种led灯具恒功率恒电流分时复用的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED灯具恒功率恒电流分时复用的控制方法，包括开关电源、N路LED驱动以及N种颜色的LED灯，且每种颜色的LED灯对应提供一种灯光颜色；所述控制LED灯具恒功率恒电流分时复用的实施步骤包括：确定需要驱动点亮的LED灯颜色种类Y；确定步骤S1中Y种颜色的LED灯的总输出电流峰值I1以及总输出功率P1；提高步骤S2中Y种颜色的LED灯的总输出电流峰值为I2；此时每种颜色的LED灯输出的电流峰值为I2/Y，每种颜色的LED灯输出功率为（X×P1）/Y；控制步骤S3中每种颜色的LED灯PWM占空比为1/Y；错开步骤S4中每种颜色的LED灯的导通时间。本发明具有使得LED灯具在各种颜色模式下混合使用时的功率均恒定接近于总输出功率和恒定电流的有益效果。

Description

一种LED灯具恒功率恒电流分时复用的控制方法
技术领域
本发明涉及LED灯具的功率和电流的控制领域，更具体地，涉及一种LED灯具恒功率恒电流分时复用的控制方法。
背景技术
全彩LED灯一般由多种颜色的LED灯珠通过控制不同颜色灯珠的输出亮度从而产生不同颜色的光。例如我们比较熟悉的三基色LED（R/G/B），当它们的亮度比例为1:1:1时会产生白光。
LED灯具一般采用恒定电流驱动，通过控制LED电流的占空比使得LED平均电流改变从而改变LED的亮度，这又称为数字调光方法。占空比是指在一个脉冲循环内，通电时间相对于总时间所占多的比例。然而对于LED灯具使用数字调光方法在实际使用过程中存在一些弊端。
如图1所示为传统LED灯具的电路框图，包括开关电源、控制芯片、N路LED驱动和对应的N种颜色的LED灯。开关电源负责把交流电转换成直流电供LED驱动使用，控制芯片负责输出不同占空比的PWM信号给LED驱动作为调光控制信号，LED驱动产生峰值恒定且占空比可调的电流并传输给LED灯，LED灯根据要求输出不同颜色和不同亮度的光。
PWM信号是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。假设在1秒内，有0.5秒的时间开关是打开的，0.5秒关闭，那么灯就亮0.5秒，灭0.5秒，这样持续下去，灯就会闪烁。如果把频率再调高一点，比如1毫秒，0.5秒开，0.5秒灭，那么灯闪烁的频率就很高。当灯光闪烁的频率超过一定值，人眼是感觉不到的。所以，当频率提高，人眼是看不到灯的闪烁，只看到灯的亮度只有原来的一半。同理，如果在1毫秒内，0.1毫秒开，0.9毫秒灭，那么灯的亮度只有原来的十分之一。保持一定的电压或电流不变，但改变一定周期内的导通和关断时间，这样等效于保持导通，但改变电压或电流大小。
占空比是指在一个脉冲循环内，通电时间相对于总时间所占的比例。
在传统LED灯具的数字调光方法中，每路LED的功率约等于总输出功率的N分之一。数字调光方式要求峰值电流是不能变化的，无论是一种颜色调光、两种颜色调光还是多种颜色调光，不同颜色调光时对应的输出功率只能是对应颜色与总颜色数量的百分比。比如有四种颜色调光，当它们全亮时输出总的功率为100W，此时每路输出的功率为25W；当一种颜色打开时，最大的输出功率只能是25W；两种颜色混合使用时，最大输出功率只能是50W；三种颜色混合使用时最大的输出功率只能是75W；只有全亮模式下，才能做到100W全功率输出。在这种模式下，如果想要各种模式混合使用时的输出功率与所有颜色全亮时的输出功率接近是无法做到的。
发明内容
为克服现有的技术缺陷，本发明提供了一种LED灯具恒功率恒电流分时复用的控制方法，使得LED灯具在各种颜色模式下混合使用时的功率均恒定接近于总输出功率和恒定电流。
为实现本发明的目的，采用以下技术方案予以实现：
一种LED灯具恒功率恒电流分时复用的控制方法，包括依次连接的开关电源、N路LED驱动以及分别与N路LED驱动一一对应连接的N种颜色的LED灯，且每种颜色的LED灯对应提供一种灯光颜色；其中，N为大于1的自然数；所述控制LED灯具恒功率恒电流分时复用的实施步骤包括：
S1：确定需要驱动点亮的LED灯颜色种类Y，其中，Y≤N；
S2：确定步骤S1中Y种颜色的LED灯的总输出电流峰值I1以及总输出功率P1；此时每种颜色的LED灯输出的电流峰值为I1/Y，每种颜色的LED灯输出功率为P1 /Y；
S3：提高步骤S2中Y种颜色的LED灯的总输出电流峰值为I2，其中，I2=X×I1，Y＜X≤N且X为自然数；此时每种颜色的LED灯输出的电流峰值为I2/Y，每种颜色的LED灯输出功率为（X×P1）/Y；
S4：控制步骤S3中每种颜色的LED灯PWM占空比为1/Y；
S5：错开步骤S4中每种颜色的LED灯的导通时间。
本发明中，当所有颜色的PWM 达到100%时，灯具的光通量最大和功率最大。然而，对于全彩LED除了所有颜色同时控制这种模式外，还会有单色、两色、三色等各种控制需求。由于恒流电路的原因，对于单色100%占空比输出，该单色LED的功率和亮度也只能跟所有颜色LED同时全亮时，该单色LED灯占所有颜色LED的功率和亮度没有太大区别。同样，对于多种颜色（非全部颜色）100%占空比输出，多种颜色输出的功率和亮度也只能是全部颜色输出的百分之多少而已，这个时候电源的输出功率还有很大部分没有利用。如果我们需要一种灯具无论控制多少种颜色，占空比最大时都要保证开关电源输出功率恒定，传统的LED控制方法是无法实现的。而本发明中，通过提高LED灯输出的总峰值电流和总输出功率，且相应地减少所驱动点亮LED灯的PWM占空比和错开每种颜色LED灯的导通时间来控制LED灯具恒功率恒电流分时复用、提高每种颜色LED灯点亮时的输出功率和保持输出功率恒定。
进一步地，所述步骤S5中错开每种颜色LED灯的导通时间的控制方法包括：确定Y种颜色的LED灯中每种颜色的LED灯的导通时间T1、T2、T3……TY，所述T1、T2、T3……TY两两之间相互错开。
进一步地，还包括控制芯片，N路LED驱动分别与控制芯片连接，且通过控制芯片控制驱动。
进一步地，所述N路LED驱动分别与开关电源并联连通。
进一步地，所述N路LED驱动中每路LED驱动对应连接一种颜色的LED灯，每种颜色的LED灯包括若干个依次串联连接的LED灯珠。
与现有技术比较，本发明具有有效控制LED灯具恒功率恒电流分时复用、有效提高每种颜色的LED灯点亮时输出功率和保持输出功率恒定的有益效果。
附图说明
图1为传统的LED灯具的电路框图。
图2为传统的LED灯具输出驱动1-3种颜色LED点亮时的电流输出波形图。
图3为一种颜色LED点亮时，驱动电路的电流峰值A在整个周期T内的电流变化图。
图4为两种颜色LED点亮时，每种颜色LED的PWM占空比变化以及导通时间变化。
图5为三种颜色LED点亮时，每种颜色LED的PWM占空比变化以及导通时间变化。
图6为N种颜色LED点亮时，每种颜色LED的PWM占空比变化以及导通时间变化。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式作进一步详细地说明。
实施例
如图1所示，一种LED灯具恒功率恒电流分时复用的控制方法，包括依次连接的开关电源、N路LED驱动，分别为LED驱动1、LED驱动2、LED驱动3……LED驱动N；以及分别与N路LED驱动一一对应连接的N种颜色的LED灯，分别为第一种颜色LED、第二种颜色LED、第三种颜色LED……第N种颜色LED，且每种颜色的LED灯对应提供一种灯光颜色；
其中，N为大于1的自然数；
还包括控制芯片，N路LED驱动分别与控制芯片连接，且通过控制芯片控制驱动；
所述N路LED驱动分别与开关电源并联连通；
所述N路LED驱动中每路LED驱动对应连接一种颜色的LED灯，每种颜色的LED灯包括若干个依次串联连接的LED灯珠；
所述控制LED灯具恒功率恒电流分时复用的实施步骤包括：
S1：确定需要驱动点亮的LED灯颜色种类Y，其中，Y≤N；
S2：确定步骤S1中Y种颜色的LED灯的总输出电流峰值I1以及总输出功率P1；此时每种颜色的LED灯输出的电流峰值为I1/Y，每种颜色的LED灯输出功率为P1 /Y；
S3：提高步骤S2中Y种颜色的LED灯的总输出电流峰值为I2，其中，I2=X×I1，Y＜X≤N且X为自然数；此时每种颜色的LED灯输出的电流峰值为I2/Y，每种颜色的LED灯输出功率为（X×P1）/Y；
S4：控制步骤S3中每种颜色的LED灯PWM占空比为1/Y；
S5：错开步骤S4中每种颜色的LED灯的导通时间。
所述步骤S5中错开每种颜色LED灯的导通时间的控制方法包括：确定Y种颜色的LED灯中每种颜色的LED灯的导通时间T1、T2、T3……TY，所述T1、T2、T3……TY两两之间相互错开。
步骤S4中，例如：①当我们只需控制其中一种颜色的LED灯点亮时，即Y=1，此时一种颜色LED灯的PWM占空比为1/Y=1/1=1，即PWM占空比为100%，由于步骤S3中将LED灯的输出功率提高到原来的X倍，即此时LED输出功率为（X×P1）/Y=（X×P1）/1=X×P1。
②当我们只需控制两种颜色的LED灯点亮时，即Y=2，此时每种颜色的LED灯PWM占空比为1/Y=1/2=0.5，即PWM占空比为50%，由于步骤S3中将LED灯的输出功率提高到原来的X倍，即此时LED输出功率为（X×P1）/Y=（X×P1）/2，即两种颜色的LED灯输出功率是没有提高输出峰值电流时的X/2倍。
③当我们需要控制三种颜色的LED灯点亮时，即Y=3，此时每种颜色的LED灯PWM占空比为1/Y=1/3=0.33，即PWM占空比为33%，由于步骤S3中将LED灯的输出功率提高到原来的X倍，即此时LED输出功率为（X×P1）/Y=（X×P1）/3，即两种颜色的LED灯输出功率是没有提高输出峰值电流时的X/3倍。
④当我们需要控制Y种颜色的LED灯点亮时，此时每种颜色的LED灯PWM占空比为1/Y，由于步骤S3中将LED灯的输出功率提高到原来的X倍，即此时LED输出功率为（X×P1）/Y，即两种颜色的LED灯输出功率是没有提高输出峰值电流时的X/Y倍。
因此，如果我们控制X大于Y，那么我们就能保证每种颜色组合的LED灯点亮时的输出功率和亮度均大于原来的输出功率和亮度。
同时，为避免提高输出功率和峰值电流时，会导致开关电源的瞬时电流过大的技术问题，步骤S5中，通过错开步骤S4中每种颜色的LED灯的导通时间实现。
如图2所示，例如：当控制1-3种颜色的LED灯点亮，即Y=1，N=3，设定原来没有提高峰值电流时每种颜色的输出电流为1A，则总输出电流I1=3×1=3A，提高总峰值电流为原来的3倍，即X=3，提高后的峰值电流I2=X×I1 =3×3=9A。那么没有错开每种颜色的LED灯导通时间时，开关电源输出的峰值电流变化范围为0-9A，开关电源输出的峰值电流比原来大了3倍，容易导致开关电源的瞬时电流过大的问题。
本发明中，通过错开每种颜色LED灯的导通时间实现控制避免开关电源的瞬时电流过大的技术问题。
如图3所示，当只控制点亮一种颜色的LED灯时，驱动电路的电流峰值为1A，此时一种颜色LED灯的PWM占空比为1/Y=1/1=1，即在整个周期T里面输出电流的占空比为100%输出。
如图4所示，当需要控制两种颜色的LED灯点亮时，规定每种颜色的PWM占空比为1/Y=1/2=0.5，即在整个周期T里面，每种颜色输出电联的PWM占空比为50%，且每种颜色的导通时间错开。如图所示，第一种颜色LED灯导通时间T1是0-T/2和T-3T/2，第二种颜色LED灯的导通时间是T2是T/2-T和3T/2-2T，两种颜色混合后的电流波形还是100%输出。
如图5所示，当需要控制3种颜色的LED灯点亮时，规定每种颜色的PWM占空比为1/Y=1/3=0.33，即在整个周期T里面，每种颜色输出电联的PWM占空比为33%，且每种颜色的导通时间错开。如图所示，第一种颜色LED灯导通时间T1是0-T/3和T-4T/3，第二种颜色LED灯的导通时间是T2是T/3-2T/3和4T/3-5T/3，第三种颜色LED灯的导通时间是T3是2T/3-T和5T/3-2T，三种颜色混合后的电流波形还是100%输出。
如图6所示，当需要控制n种颜色的LED灯点亮时，规定每种颜色的PWM占空比为1/Y=1/n，即在整个周期T里面，每种颜色输出电联的PWM占空比为1/n，且每种颜色的导通时间错开。如图所示，第一种颜色LED灯导通时间T1是0-T/n和T-（1+1/n）T，第二种颜色LED灯的导通时间是T2是T/n-2T/n和（1+1/n）T-（1+2/n）T，第三种颜色LED灯的导通时间是T3是2T/n-3T/n和（1+2/n）T-（1+3/n）T，第n种颜色LED灯的导通时间TN是（1-1/n）T-T和（2-1/n）T-2T，n种颜色混合后的电流波形还是100%输出。
综上所述，本发明通过提高LED灯的输出峰值电流、控制每种颜色LED灯的PWM占空比和错开每种颜色LED灯的导通时间，实现提高每种颜色LED灯的输出功率，具有有效提高LED灯的导通亮度的有益效果。

Claims (5)

1.一种LED灯具恒功率恒电流分时复用的控制方法，其特征在于，包括依次连接的开关电源、N路LED驱动以及分别与N路LED驱动一一对应连接的N种颜色的LED灯，且每种颜色的LED灯对应提供一种灯光颜色；其中，N为大于1的自然数；所述控制LED灯具恒功率恒电流分时复用的实施步骤包括：
S1：确定需要驱动点亮的LED灯颜色种类Y，其中，Y≤N；
S2：确定步骤S1中Y种颜色的LED灯的总输出电流峰值I1以及总输出功率P1；此时每种颜色的LED灯输出的电流峰值为I1/Y，每种颜色的LED灯输出功率为P1 /Y；
S3：提高步骤S2中Y种颜色的LED灯的总输出电流峰值为I2，其中，I2=X×I1，Y＜X≤N且X为自然数；此时每种颜色的LED灯输出的电流峰值为I2/Y，每种颜色的LED灯输出功率为（X×P1）/Y；
S4：控制步骤S3中每种颜色的LED灯PWM占空比为1/Y；
S5：错开步骤S4中每种颜色的LED灯的导通时间。
2.根据权利要求1所述的一种LED灯具恒功率恒电流分时复用的控制方法，其特征在于，所述步骤S5中错开每种颜色LED灯的导通时间的控制方法包括：确定Y种颜色的LED灯中每种颜色的LED灯的导通时间T1、T2、T3……TY，所述T1、T2、T3……TY两两之间相互错开。
3.根据权利要求1所述的一种LED灯具恒功率恒电流分时复用的控制方法，其特征在于，还包括控制芯片，N路LED驱动分别与控制芯片连接，且通过控制芯片控制驱动。
4.根据权利要求1所述的一种LED灯具恒功率恒电流分时复用的控制方法，其特征在于，所述N路LED驱动分别与开关电源并联连通。
5.根据权利要求1所述的一种LED灯具恒功率恒电流分时复用的控制方法，其特征在于，所述N路LED驱动中每路LED驱动对应连接一种颜色的LED灯，每种颜色的LED灯包括若干个依次串联连接的LED灯珠。
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