CN110493917A - 一种用于led植物补光灯的多路输出控制电路及方法 - Google Patents

一种用于led植物补光灯的多路输出控制电路及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电路控制技术，旨在提供一种用于LED植物补光灯的多路输出控制电路及方法。该电路包括LED驱动器、多路LED模组和用于将LED驱动器输出分成多路以向各LED模组供电的控制及驱动模块；控制及驱动模块包括一个控制电路和多个驱动电路‑开关管组合，每个驱动电路‑开关管组合均包括一个驱动电路和一个开关管；每个LED模组匹配一个驱动电路‑开关管组合。本发明可以将LED驱动器输出从一路扩展成多路，接多个LED模组；用户可以选择分时使用多个模组，或者通过PWM控制同时使用多个模组。LED驱动器配合多个LED模组，可以在植物的不同生长阶段，输出合适波长的光波，加速植物的生长发育。在保持植物照明的效果的前提下，能够降低成本、提高LED驱动器的利用率。

Description

一种用于LED植物补光灯的多路输出控制电路及方法
技术领域
本发明涉及电路控制技术，特别涉及一种用于LED植物补光灯的多路输出控制电路及方法。
背景技术
光在植物体内经光合作用转换为有机能量，用以生长繁殖。因此，光照对植物的生长和结果具有重要的作用。植物一般依靠叶片中的叶绿素吸收照射光，其对波长处于400nm～500nm的蓝光和600nm～700nm红光非常敏感。不同波长的光对不同的植物具有不同的效果，甚至在植物的不同生长阶段需求的光的波长是不一样的。一般来说，蓝光适合于初期的植物枝叶的成长，红光对促进植物开花结果有比较好的效果。因此很多用户希望有一种灯具能够针对植物生长各个阶段调节输出光的波长，达到最佳的补光效果。
目前市场的LED植物补光灯，基本上有以下几种，各有优缺点：(1)采用单一的红光或蓝光LED模组，全部红光或蓝光输出，成本低，但输出波长单一；(2)采用蓝光LED模组加红光LED模组，输出红蓝光，但是红蓝光的功率配比不可调，成本低，能输出双色波长，但是不可调节；(3)采用蓝光LED模组加红光LED模组，输出红蓝光，红蓝光的功率比例可调节，能输出双色波长，但往往需要2个LED驱动器，或者一个驱动器具有2路输出，成本高；(4)采用全光谱LED模组，全光谱光输出，各个波段的光功率输出配比不可调，成本低，输出波长多，但是很多波长是无效的，且输出波长比例不可调节；(5)采用全光谱模组加一定量的红蓝LED模组，各个模组的功率输出比例不可调，成本中等，输出波长多，有重点波长，但是比例不可调；(6)采用全光谱模组加一定量的红蓝LED模组，各个模组的功率输出比例可调。能输出多种波长，但往往需要2个以上LED驱动器，或者一个驱动器具有多路输出，成本高，对驱动器的要求较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中多路输出、成本高昂的缺陷，提供一种用于LED植物补光灯的多路输出控制电路及方法，以实现将一路输出扩展为2路或者多路输出。
为解决技术问题，本发明采用的解决方案是：
提供一种用于LED植物补光灯的多路输出控制电路，包括LED驱动器和多路LED模组；还包括一个用于将LED驱动器输出分成多路以向各LED模组供电的控制及驱动模块；所述控制及驱动模块包括一个控制电路和多个驱动电路-开关管组合，每个驱动电路-开关管组合均包括一个驱动电路和一个开关管；每个LED模组匹配一个驱动电路-开关管组合。
本发明中，所述多路LED模组是指至少2路LED模组。
本发明中，各LED模组与其匹配的开关管串联，然后并接在LED驱动器的两个输出端之间；在各驱动电路-开关管组合中，驱动电路一端连接其开关管的信号输入端，驱动电路的另一端连接至所述控制电路。
本发明中，各LED模组串联后接至LED驱动器的两个输出端；在各驱动电路-开关管组合中，开关管并接在对应LED模组的两端，驱动电路的一端连接其开关管的信号输入端，驱动电路的另一端连接至所述控制电路。
本发明中，所述开关管是MOSFET开关管、IGBT开关管或三极管。
本发明中，所述多路LED模组的组成方式是下述任意一种：
(1)包括蓝色光谱LED模组和红色光谱LED模组；
(2)包括蓝色光谱LED模组、红色光谱LED模组和紫外光谱LED模组；
(3)包括蓝色光谱LED模组、红色光谱LED模组和全光谱LED模组；
(4)包括蓝色光谱LED模组和全光谱LED模组；
(5)包括红色光谱LED模组和全光谱LED模组；
(6)包括紫外光谱LED模组和全光谱LED模组。
本发明中，所述蓝色光谱LED模组的发光波长为400nm～500nm；红色光谱LED模组的发光波长为600nm～700nm；紫外光谱LED模组的发光波长为260nm～400nm；全光谱LED模组的发光波长是多个颜色光谱的组合，其波长范围为260nm～780nm。
本发明进一步提供了基于前述多路输出控制电路实现LED植物补光灯的多路输出控制的方法，是通过脉宽调制(PWM)将LED驱动器的一路输出分成多路输出：各路输出占用的百分比之和为100％，通过脉宽调制对每一路输出的占比进行调节，实现对每路输出功率的控制。(由于脉宽调制的频率高于人眼的分辨率，采用PWM控制时输出的效果看起来是同时驱动多个LED模组。)
本发明进一步提供了基于前述多路输出控制电路实现LED植物补光灯的多路输出控制的方法，是通过分时驱动将LED驱动器的一路输出分成多路输出：每路输出占用一定的时间(比如第一路输出10分钟，接着第二路输出20分钟，然后第三路输出5分钟等)，每次只有一路输出，通过控制电路设置每路输出的时间长短和功率大小。
本发明中，利用控制电路按下述任意一种方式实现LED植物补光灯的多路输出控制：
(1)手动控制：
通过拨动控制电路中的开关或者旋钮，调节各个LED模组的占空比或导通时间；
(2)使用MCU或者PLC芯片实现自动控制
在MCU或者PLC芯片中嵌入软件功能模块，根据植物生长周期需要对光照时长、光照周期、红光或蓝光输出进行设置；通过对控制电路中的开关或旋钮的自动控制实现光照条件切换；
(3)无线条件下的自动控制
在MCU或者PLC芯片中嵌入软件功能模块，并结合无线通讯模块，利用手持智能终端或远程控制计算机，根据植物生长周期需要对光照时长、光照周期、红光或蓝光输出进行设置；通过对控制电路中的开关或旋钮的自动控制实现光照条件切换。
与现有技术相比，本发明的技术效果是：
1、一般的LED驱动器只有一路输出，只能接固定的LED模组，本发明可以将LED驱动器输出从一路扩展成多路，可以接多个LED模组；用户可以选择分时使用多个模组，或者通过PWM控制同时使用多个模组。
2、不同波长的光对不同的植物具有不同的生长刺激作用，在植物的不同生长阶段需求的光的波长是不一样的。一般来说，蓝光适合于初期的植物枝叶的成长，红光对促进植物开花结果有比较好的效果。具有多路输出功能的LED驱动器，配合多个LED模组，可以在植物的不同生长阶段，输出合适波长的光波，加速植物的生长发育。
3、相比采用多个LED驱动器配合多个LED模组的植物照明方式，只用一个LED驱动器加扩展输出配合多个LED模组的方式，在保持植物照明的效果的前提下，能够降低成本、提高LED驱动器的利用率。
附图说明
图1为本发明中针对多路LED模组的多路输出控制原理示意图。
图2为并联的LED模组电路示意图；
图3为串联的LED模组示意图。
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详细描述。
如图1所示，本发明中用于LED植物补光灯的多路输出控制电路，包括LED驱动器和多路LED模组(至少2路)；还包括一个用于将LED驱动器输出分成多路以向各LED模组供电的控制及驱动模块。其中，多路LED模组的组成方式是下述任意一种：(1)包括蓝色光谱LED模组和红色光谱LED模组；(2)包括蓝色光谱LED模组、红色光谱LED模组和紫外光谱LED模组；(3)包括蓝色光谱LED模组、红色光谱LED模组和全光谱LED模组；(4)包括蓝色光谱LED模组和全光谱LED模组；(5)包括红色光谱LED模组和全光谱LED模组；(6)包括紫外光谱LED模组和全光谱LED模组。所述蓝色光谱LED模组的发光波长为400nm～500nm；红色光谱LED模组的发光波长为600nm～700nm；紫外光谱LED模组的发光波长为260nm～400nm；全光谱LED模组的发光波长是多个颜色光谱的组合，其波长范围为260nm～780nm。
如图2、3所示，本发明中的控制及驱动模块包括一个控制电路和多个驱动电路-开关管组合，每个驱动电路-开关管组合均包括一个驱动电路和一个开关管；每个LED模组匹配一个驱动电路-开关管组合。开关管可选MOSFET开关管、IGBT开关管或三极管。
图2中，各LED模组与其匹配的开关管串联，然后并接在LED驱动器的两个输出端之间；在各驱动电路-开关管组合中，驱动电路一端连接其开关管的信号输入端，驱动电路的另一端连接至所述控制电路。LED驱动器为恒流LED驱动器，一般来讲各LED模组的额定电压相差不大于50％时，控制效果较好(比如模组1额定电压48V，模组2电压范围24V-96V之间)。各LED模组额定电压相差较大时，电流分配(功率分配)与PWM占空比存在较大偏差，可能需要根据实际情况校正。每个LED模组串联一个开关管(可以是MOSFET，IGBT，三极管等)，由控制电路控制每个开关管的开关。通过控制电路控制每个LED模组串联的开关管的导通时间，进而控制每个LED模组的功率和平均电流。
图3中，各LED模组串联后接至LED驱动器的两个输出端；在各驱动电路-开关管组合中，开关管并接在对应LED模组的两端，驱动电路的一端连接其开关管的信号输入端，驱动电路的另一端连接至所述控制电路。采用恒流LED驱动器，每个LED模组的额定电压不作要求，只要LED驱动器能正常工作即可，由控制电路控制每个开关管的开关，控制每个LED模组并联的开关管的导通时间，进而控制每个LED模组的功率和平均电流。
基于前述多路输出控制电路可实现LED植物补光灯的多路输出控制，包括两种方式：
方式一，是通过脉宽调制(PWM)将LED驱动器的一路输出分成多路输出：各路输出占用的百分比之和为100％，通过脉宽调制对每一路输出的占比进行调节，实现对每路输出功率的控制。
方式二，是通过分时驱动将LED驱动器的一路输出分成多路输出：每路输出占用一定的时间(比如第一路输出10分钟，接着第二路输出20分钟，然后第三路输出5分钟等)，每次只有一路输出，通过控制电路设置每路输出的时间长短和功率大小。
无论LED模组是串联模式还是并联模式，都是通过对应开关管的开关来控制LED模组的导通和关断。开关时间可以是高频的，即常用的PWM波(比如开关频率1千赫兹以上特定占空比的方波)，也可以是低频的(比如模组1导通2个小时，模组2导通3个小时等)。
所述控制方法是基于控制电路实现的，对于控制电路可以有多种方式实现：
(1)手动控制：
通过拨动控制电路中的开关或者旋钮，调节各个LED模组的占空比或导通时间；
(2)使用MCU或者PLC芯片实现自动控制
在MCU或者PLC芯片中嵌入软件功能模块，根据植物生长周期需要对光照时长、光照周期、红光或蓝光输出进行设置；通过对控制电路中的开关或旋钮的自动控制实现光照条件切换；可以预设多种植物的需求，自动进行光照控制，在植物生长周期内实现精确的光照。
(3)无线条件下的自动控制
在MCU或者PLC芯片中嵌入软件功能模块，并结合无线通讯模块，利用手持智能终端或远程控制计算机，根据植物生长周期需要对光照时长、光照周期、红光或蓝光输出进行设置；通过对控制电路中的开关或旋钮的自动控制实现光照条件切换。
通过增加无线模块，可以实现更灵活，更优化的控制。无线模块连接网络服务器，用户可以在网络上设置对应植物的光需求时间周期，然后进行无线控制。一旦更换种植的植物，可以马上切换对应的设置，而且设置可以手动调节优化。在遭遇断电，模块故障灯等情况下，服务器能够快速通知管理员进行维护。可以将植物补光***与温室控制***进行有机结合，获得更多植物环境信息，比如日光情况，温湿度情况等，对植物补光情况进行微调，优化补光效果。
应用示例：
假设某个LED输出功率50W，通过增加该装置，可以将50W输出分成两路，用于红光和蓝光的LED模组。通过控制装置，可以输出50W红光，也可以输出50W蓝光，或者红蓝各25W，或者红光40W，蓝光10W等。红蓝光的比例可以通过控制器无极调节，控制方式可以是采用无线的控制器，也可以是采用有线的控制器。
本方案仅仅使用1个LED驱动器加2个低压开关管(LED模组电压一般较低)和驱动电路，实现了需要2个LED驱动器的才能得到的效果，成本不到10元，而一个LED驱动器价格数十到数百不等，极大地降低了成本。而且根据输出不同波长LED模组的个数，不同模组数越多，成本节约越大。

Claims (10)

1.一种用于LED植物补光灯的多路输出控制电路，包括LED驱动器和多路LED模组；其特征在于，还包括一个用于将LED驱动器输出分成多路以向各LED模组供电的控制及驱动模块；所述控制及驱动模块包括一个控制电路和多个驱动电路-开关管组合，每个驱动电路-开关管组合均包括一个驱动电路和一个开关管；每个LED模组匹配一个驱动电路-开关管组合。
2.根据权利要求1所述的多路输出控制电路，其特征在于，所述多路LED模组是指至少2路LED模组。
3.根据权利要求1所述的多路输出控制电路，其特征在于，各LED模组与其匹配的开关管串联，然后并接在LED驱动器的两个输出端之间；在各驱动电路-开关管组合中，驱动电路一端连接其开关管的信号输入端，驱动电路的另一端连接至所述控制电路。
4.根据权利要求1所述的多路输出控制电路，其特征在于，各LED模组串联后接至LED驱动器的两个输出端；在各驱动电路-开关管组合中，开关管并接在对应LED模组的两端，驱动电路的一端连接其开关管的信号输入端，驱动电路的另一端连接至所述控制电路。
5.根据权利要求1所述的多路输出控制电路，其特征在于，所述开关管是MOSFET开关管、IGBT开关管或三极管。
6.根据权利要求1所述的多路输出控制电路，其特征在于，所述多路LED模组的组成方式是下述任意一种：
(1)包括蓝色光谱LED模组和红色光谱LED模组；
(2)包括蓝色光谱LED模组、红色光谱LED模组和紫外光谱LED模组；
(3)包括蓝色光谱LED模组、红色光谱LED模组和全光谱LED模组；
(4)包括蓝色光谱LED模组和全光谱LED模组；
(5)包括红色光谱LED模组和全光谱LED模组；
(6)包括紫外光谱LED模组和全光谱LED模组。
7.根据权利要求6所述的多路输出控制电路，其特征在于，所述蓝色光谱LED模组的发光波长为400nm～500nm；红色光谱LED模组的发光波长为600nm～700nm；紫外光谱LED模组的发光波长为260nm～400nm；全光谱LED模组的发光波长是多个颜色光谱的组合，其波长范围为260nm～780nm。
8.基于权利要求1所述多路输出控制电路实现LED植物补光灯的多路输出控制的方法，其特征在于，是通过脉宽调制(PWM)将LED驱动器的一路输出分成多路输出：各路输出占用的百分比之和为100％，通过脉宽调制对每一路输出的占比进行调节，实现对每路输出功率的控制。
9.基于权利要求1所述多路输出控制电路实现LED植物补光灯的多路输出控制的方法，其特征在于，是通过分时驱动将LED驱动器的一路输出分成多路输出：每路输出占用一定的时间(比如第一路输出10分钟，接着第二路输出20分钟，然后第三路输出5分钟等)，每次只有一路输出，通过控制电路设置每路输出的时间长短和功率大小。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，利用控制电路按下述任意一种方式实现LED植物补光灯的多路输出控制：
(1)手动控制：
通过拨动控制电路中的开关或者旋钮，调节各个LED模组的占空比或导通时间；
(2)使用MCU或者PLC芯片实现自动控制
在MCU或者PLC芯片中嵌入软件功能模块，根据植物生长周期需要对光照时长、光照周期、红光或蓝光输出进行设置；通过对控制电路中的开关或旋钮的自动控制实现光照条件切换；
(3)无线条件下的自动控制
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