專利名稱：一種led驅(qū)動電壓模式的控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED驅(qū)動控制領(lǐng)域，特別是涉及一種LED驅(qū)動電壓模式的控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
近年來，LED照明因?yàn)槠浜碾娏可?、使用壽命長、發(fā)光效率高、安全可靠性強(qiáng)、有利于環(huán)保等特性，獲得快速的發(fā)展。由于LED是特性敏感的半導(dǎo)體器件，又具有負(fù)溫度特性。因而在應(yīng)用過程中必須對其提供穩(wěn)定工作狀態(tài)和保護(hù)。LED器件對驅(qū)動電源的要求涉及到電源功率效率轉(zhuǎn)換、有效功率、恒流精度、電源壽命、電磁兼容的等多方面因數(shù)，要求非常高。同時(shí)，LED驅(qū)動電源的品質(zhì)直接制約了 LED產(chǎn)品的質(zhì)量。相對于傳統(tǒng)的LED驅(qū)動技術(shù)采用模擬方案，采用數(shù)?；旌霞夹g(shù)的數(shù)字電源 (Digital Power)則代表著新的技術(shù)趨勢。其中電源轉(zhuǎn)換控制是數(shù)字電源的關(guān)鍵之一。目前，電壓模式控制一般采用PID控制方法。傳統(tǒng)PID控制是根據(jù)設(shè)定PID(比例-積分-微分，Proportion Integration Differentiation)控制參數(shù) A、B、C 來設(shè)計(jì)符合電源轉(zhuǎn)換的控制方法，其控制算法為d[n] =d[η-1] +A · e [η] +B · e [n_l] +C · e [n_2]。上述電源轉(zhuǎn)換的控制方法的缺陷是控制算法實(shí)時(shí)計(jì)算量大。特別是控制參數(shù)A、B、C需要事先反復(fù)調(diào)試確定。而且，參數(shù)一旦確定之后就固定住，沒法適應(yīng)LED驅(qū)動應(yīng)用中復(fù)雜的負(fù)載變化應(yīng)用場景。另外，一些新型的LED驅(qū)動控制器中采用了自適應(yīng)控制(Adaptive Control)方法。該自適應(yīng)控制方法實(shí)際上是以變動調(diào)整PID控制參數(shù)A、B、C來適應(yīng)不同的負(fù)載變化場景。比如，負(fù)載電流在OA 5A范圍內(nèi)時(shí)，選用A=24、B=48、C=22。當(dāng)負(fù)載電流在5A 10A范圍內(nèi)時(shí)，則選用另外一組控制參數(shù)，如A=23、B=46、C=20。其缺陷是控制算法實(shí)時(shí)計(jì)算量大。同樣控制參數(shù)及變動范圍需要反復(fù)調(diào)試。而且，有限的控制參數(shù)組數(shù)同樣不能適應(yīng)LED驅(qū)動應(yīng)用中復(fù)雜的負(fù)載變化應(yīng)用場景。因而，如何提供一種LED驅(qū)動電壓模式的控制技術(shù)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述種種缺陷，實(shí)已成為本領(lǐng)域從業(yè)者亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種利用模糊控制技術(shù)針對LED驅(qū)動電壓模式控制的系統(tǒng)及方法，從而減少控制算法的實(shí)時(shí)計(jì)算量，同時(shí)能夠使控制器適用于不同負(fù)載變化的應(yīng)用場景。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種LED驅(qū)動電壓模式的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)至少包括計(jì)算模塊，實(shí)時(shí)采集來自外部電源系統(tǒng)的給定電壓數(shù)據(jù)以及在線反饋檢測的電壓數(shù)據(jù)計(jì)算出誤差，并根據(jù)不同時(shí)間段的誤差值計(jì)算出誤差變量，并將所述誤差和誤差變量輸出；模糊控制器，連接所述計(jì)算模塊，預(yù)設(shè)有誤差模糊子集，誤差變量模糊子集，以及輸出模糊子集，將接收到的所述誤差及誤差變量的實(shí)際輸入值的論域分別對應(yīng)到所述誤差模糊子集及誤差變量模糊子集中，依據(jù)預(yù)設(shè)的模糊規(guī)則推理出對應(yīng)所述輸出模糊子集的輸出變化量的域值和輸出論域，生成PWM驅(qū)動信號；以及PWM驅(qū)動模塊，連接所述模糊控制器及LED負(fù)載，接收到所述模糊控制器輸出的PWM驅(qū)動信號后驅(qū)動所述LED負(fù)載執(zhí)行點(diǎn)亮、熄滅、亮度調(diào)節(jié)或色溫調(diào)節(jié)作業(yè)。在本發(fā)明的控制系統(tǒng)中，所述計(jì)算模塊還包括一預(yù)設(shè)采樣時(shí)間段的時(shí)間設(shè)定單
J Li ο在本發(fā)明的控制系統(tǒng)中，所述模糊控制器包括知識庫，包括一數(shù)據(jù)庫及一規(guī)則庫，所述數(shù)據(jù)庫中預(yù)存有誤差模糊子集，誤差變量模糊子集，以及輸出模糊子集，所述規(guī)則庫預(yù)設(shè)有一規(guī)則表，所述規(guī)則表將所述誤差模糊子集及誤差變量模糊子集與所述輸出模糊子集相關(guān)聯(lián)；模糊化接口，將接收到的所述誤差及誤差變量的實(shí)際輸 入值的論域分別對應(yīng)到所述誤差模糊子集及誤差變量模糊子集中，并發(fā)出推理指令；推理機(jī)，連接所述模糊化接口及知識庫，依據(jù)所述規(guī)則表推理出對應(yīng)所述輸出模糊子集的輸出變化量的域值和輸出論域；以及解模糊接口，連接所述推理機(jī)，將所述輸出變化量的域值和輸出論域轉(zhuǎn)換為PWM驅(qū)動信號輸出。其中，所述誤差模糊子集包括負(fù)大、負(fù)小、零、正小、正大5個子集；所述誤差變量模糊子集包括負(fù)大、負(fù)小、零、正小、正大5個子集；所述輸出模糊子集包括負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大5個子集。所述規(guī)則庫中預(yù)設(shè)的規(guī)則表中包含25條控制規(guī)則。本發(fā)明還提供一種LED驅(qū)動電壓模式的控制方法，所述控制方法至少包括以下步驟I)分別預(yù)設(shè)誤差模糊子集，誤差變量模糊子集，以及輸出模糊子集；2)實(shí)時(shí)采集來自外部電源系統(tǒng)的給定電壓數(shù)據(jù)以及在線反饋檢測的電壓數(shù)據(jù)計(jì)算出誤差，并根據(jù)不同時(shí)間段的誤差值計(jì)算出誤差變量，并將所述誤差和誤差變量輸出；3)將接收到的所述誤差及誤差變量的實(shí)際輸入值的論域分別對應(yīng)到所述誤差模糊子集及誤差變量模糊子集中，依據(jù)預(yù)設(shè)的模糊規(guī)則推理出對應(yīng)所述輸出模糊子集的輸出變化量的域值和輸出論域，生成PWM驅(qū)動信號；4)接收到所述PWM驅(qū)動信號后驅(qū)動LED負(fù)載執(zhí)行點(diǎn)亮、熄滅、亮度調(diào)節(jié)或色溫調(diào)節(jié)作業(yè)。于本發(fā)明控制方法的步驟I)中，分別預(yù)設(shè)一數(shù)據(jù)庫及一規(guī)則庫，所述數(shù)據(jù)庫中預(yù)存有誤差模糊子集，誤差變量模糊子集，以及輸出模糊子集，所述規(guī)則庫預(yù)設(shè)有一規(guī)則表，所述規(guī)則表將所述誤差模糊子集及誤差變量模糊子集與所述輸出模糊子集相關(guān)聯(lián)。所述誤差模糊子集包括負(fù)大、負(fù)小、零、正小、正大5個子集；所述誤差變量模糊子集包括負(fù)大、負(fù)小、零、正小、正大5個子集；所述輸出模糊子集包括負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大7個子集。所述規(guī)則庫中預(yù)設(shè)的規(guī)則表中包含25條控制規(guī)則。于本發(fā)明控制方法的步驟2)中，還包括一預(yù)設(shè)采樣時(shí)間段的步驟。如上所述，本發(fā)明的LED驅(qū)動電壓模式的控制系統(tǒng)及方法，具有以下有益效果利用模糊控制技術(shù)設(shè)計(jì)針對LED驅(qū)動電壓模式控制的系統(tǒng)及方法，采用真值表查詢方式得到控制輸出，從而大大減少控制算法的實(shí)時(shí)計(jì)算量，提高了控制效率及系統(tǒng)響應(yīng)速度；利用豐富的數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫涵蓋了豐富的負(fù)載變化應(yīng)用場景，基于數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫生成的推理機(jī)能夠使控制器適用于不同負(fù)載變化的應(yīng)用場景；采用真值表查詢法，可以大大簡化控制算法本身設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，從而減少了控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，提高了系統(tǒng)的可靠性，而且也降低了系統(tǒng)的成本。


圖I顯示為本發(fā)明LED驅(qū)動電壓模式的控制系統(tǒng)框圖。圖2顯示為本發(fā)明LED驅(qū)動電壓模式的控制系統(tǒng)中的模糊控制器框圖。圖3顯示為本發(fā)明LED驅(qū)動電壓模式的控制方法流程圖。
元件標(biāo)號說明11計(jì)算模塊12模糊控制器121知識庫1211數(shù)據(jù)庫1212規(guī)則庫122模糊化接口123推理機(jī)124解模糊接口13PWM驅(qū)動模塊2LED 負(fù)載SI SIO 步驟
具體實(shí)施例方式以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式
加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。請參閱圖I及圖2，圖I顯示為本發(fā)明LED驅(qū)動電壓模式的控制系統(tǒng)框圖。圖2顯示為本發(fā)明LED驅(qū)動電壓模式的控制系統(tǒng)中的模糊控制器框圖。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。實(shí)施例一本發(fā)明提供一種LED驅(qū)動電壓模式的控制系統(tǒng)，用于驅(qū)動控制不同負(fù)載變化的應(yīng)用場景中的LED負(fù)載2執(zhí)行點(diǎn)亮、熄滅、亮度調(diào)節(jié)或色溫調(diào)節(jié)作業(yè)。如圖I所示，所述控制系統(tǒng)I至少包括計(jì)算模塊11，模糊控制器12，及PWM驅(qū)動模塊13。所述計(jì)算模塊11實(shí)時(shí)采集來自外部電源系統(tǒng)的給定電壓數(shù)據(jù)以及在線反饋檢測的電壓數(shù)據(jù)計(jì)算出誤差，并根據(jù)不同時(shí)間段的誤差值計(jì)算出誤差變量，并將所述誤差和誤差變量輸出；具體地，根據(jù)外部電源系統(tǒng)的給定電壓數(shù)據(jù)及在線反饋檢測的電壓數(shù)據(jù)可以計(jì)算出誤差e，同時(shí)計(jì)算模塊11根據(jù)不同時(shí)間的誤差值計(jì)算得出誤差變量Λ e，然后將誤差e和誤差變量Λ e作為模糊控制器12的輸入。在本實(shí)施例中，所述計(jì)算模塊11還包括一時(shí)間設(shè)定單元，用于預(yù)設(shè)所述計(jì)算模塊11采樣時(shí)間段，于具體的實(shí)例中，典型的BOOST升壓拓?fù)鋯螛O輸出通常為400V。即某一時(shí)間段內(nèi)外部電源系統(tǒng)的給定電壓數(shù)據(jù)為400V，在線反饋檢測的電壓數(shù)據(jù)為380V，則可以得知誤差e為-20V，在另一時(shí)間段內(nèi)外部電源系統(tǒng)的給定電壓數(shù)據(jù)為400V，在線反饋檢測的電壓數(shù)據(jù)為410V，則可以得知誤差e為10V，則上述兩個時(shí)刻的誤差變量為10V。所述模糊控制器12連接所述計(jì)算模塊11，預(yù)設(shè)有誤差模糊子集，誤差變量模糊子集，以及輸出模糊子集，將接收到的所述誤差及誤差變量的實(shí)際輸入值的論域分別對應(yīng)到所述誤差模糊子集及誤差變量模糊子集中，依據(jù)預(yù)設(shè)的模糊規(guī)則推理出對應(yīng)所述輸出模糊子集的輸出變化量的域值和輸出論域，生成PWM驅(qū)動信號；在本實(shí)施例中，所述模糊控制器12包括知識庫121，模糊化接口 122，推理機(jī)123，以及解模糊接口 124。所述知識庫121包括一數(shù)據(jù)庫1211及一規(guī)則庫1212，所述數(shù)據(jù)庫1211中預(yù)存有誤差模糊子集，誤差變量模糊子集，以及輸出模糊子集，所述誤差模糊子集包括負(fù)大、負(fù)小、零、正小、正大5個子集，即{NLe (負(fù)大),NSe(負(fù)小)，ZRe (零)，PSe (正小)，PLe (正大)}。所述誤差變量模糊子集包括負(fù)大、負(fù)小、零、正小、正大5個子集，即{NLe (負(fù)大)，NSe (負(fù)小)，ZRe (零)，PSe (正小)，PLe (正大)}。所述輸出模糊子集包括負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大7個子集，即{NLu (負(fù)大)，NMu (負(fù)中)，NSu (負(fù)小)，ZRu (零)，PSu (正小)，PMu (正中)，PLu (正大)}。所述規(guī)則庫1212建置有一規(guī)則表，所述規(guī)則表將所述誤差模糊子集及誤差變量模糊子集與所述輸出模糊子集相關(guān)聯(lián)，呈如表I所示表I :
權(quán)利要求
1.一種LED驅(qū)動電壓模式的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)至少包括 計(jì)算模塊，實(shí)時(shí)采集來自外部電源系統(tǒng)的給定電壓數(shù)據(jù)以及在線反饋檢測的電壓數(shù)據(jù)計(jì)算出誤差，并根據(jù)不同時(shí)間段的誤差值計(jì)算出誤差變量，并將所述誤差和誤差變量輸出； 模糊控制器，連接所述計(jì)算模塊，預(yù)設(shè)有誤差模糊子集，誤差變量模糊子集，以及輸出模糊子集，將接收到的所述誤差及誤差變量的實(shí)際輸入值的論域分別對應(yīng)到所述誤差模糊子集及誤差變量模糊子集中，依據(jù)預(yù)設(shè)的模糊規(guī)則推理出對應(yīng)所述輸出模糊子集的輸出變化量的域值和輸出論域，生成PWM驅(qū)動信號； PWM驅(qū)動模塊，連接所述模糊控制器及LED負(fù)載，接收到所述模糊控制器輸出的PWM驅(qū)動信號后驅(qū)動所述LED負(fù)載執(zhí)行點(diǎn)亮、熄滅、亮度調(diào)節(jié)或色溫調(diào)節(jié)作業(yè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED驅(qū)動電壓模式的控制系統(tǒng)，其特征在于所述計(jì)算模塊還包括一預(yù)設(shè)采樣時(shí)間段的時(shí)間設(shè)定單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED驅(qū)動電壓模式的控制系統(tǒng)，其特征在于所述模糊控制器包括 知識庫，包括一數(shù)據(jù)庫及一規(guī)則庫，所述數(shù)據(jù)庫中預(yù)存有誤差模糊子集，誤差變量模糊子集，以及輸出模糊子集，所述規(guī)則庫預(yù)設(shè)有一規(guī)則表，所述規(guī)則表將所述誤差模糊子集及誤差變量模糊子集與所述輸出模糊子集相關(guān)聯(lián)； 模糊化接口，將接收到的所述誤差及誤差變量的實(shí)際輸入值的論域分別對應(yīng)到所述誤差模糊子集及誤差變量模糊子集中，并發(fā)出推理指令； 推理機(jī)，連接所述模糊化接口及知識庫，依據(jù)所述規(guī)則表推理出對應(yīng)所述輸出模糊子集的輸出變化量的域值和輸出論域； 解模糊接口，連接所述推理機(jī)，將所述輸出變化量的域值和輸出論域轉(zhuǎn)換為PWM驅(qū)動信號輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED驅(qū)動電壓模式的控制系統(tǒng)，其特征在于所述誤差模糊子集包括負(fù)大、負(fù)小、零、正小、正大5個子集；所述誤差變量模糊子集包括負(fù)大、負(fù)小、零、正小、正大5個子集；所述輸出模糊子集包括負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大7個子集。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED驅(qū)動電壓模式的控制系統(tǒng)，其特征在于所述規(guī)則庫中預(yù)設(shè)的規(guī)則表中包含25條控制規(guī)則。
6.一種LED驅(qū)動電壓模式的控制方法，其特征在于所述控制方法至少包括以下步驟 1)分別預(yù)設(shè)誤差模糊子集，誤差變量模糊子集，以及輸出模糊子集； 2)實(shí)時(shí)采集來自外部電源系統(tǒng)的給定電壓數(shù)據(jù)以及在線反饋檢測的電壓數(shù)據(jù)計(jì)算出誤差，并根據(jù)不同時(shí)間段的誤差值計(jì)算出誤差變量，并將所述誤差和誤差變量輸出； 3)將接收到的所述誤差及誤差變量的實(shí)際輸入值的論域分別對應(yīng)到所述誤差模糊子集及誤差變量模糊子集中，依據(jù)預(yù)設(shè)的模糊規(guī)則推理出對應(yīng)所述輸出模糊子集的輸出變化量的域值和輸出論域，生成PWM驅(qū)動信號； 4)接收到所述PWM驅(qū)動信號后驅(qū)動LED負(fù)載執(zhí)行點(diǎn)亮、熄滅、亮度調(diào)節(jié)或色溫調(diào)節(jié)作業(yè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的LED驅(qū)動電壓模式的控制方法，其特征在于于所述步驟I)中，分別預(yù)設(shè)一數(shù)據(jù)庫及一規(guī)則庫，所述數(shù)據(jù)庫中預(yù)存有誤差模糊子集，誤差變量模糊子集，以及輸出模糊子集，所述規(guī)則庫預(yù)設(shè)有一規(guī)則表，所述規(guī)則表將所述誤差模糊子集及誤差變量模糊子集與所述輸出模糊子集相關(guān)聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED驅(qū)動電壓模式的控制方法，其特征在于所述誤差模糊子集包括負(fù)大、負(fù)小、零、正小、正大5個子集；所述誤差變量模糊子集包括負(fù)大、負(fù)小、零、正小、正大5個子集；所述輸出模糊子集包括負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大7個子集。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED驅(qū)動電壓模式的控制方法，其特征在于所述規(guī)則庫中預(yù)設(shè)的規(guī)則表中包含25條控制規(guī)則。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的LED驅(qū)動電壓模式的控制方法，其特征在于于所述步驟2)中，還包括一預(yù)設(shè)采樣時(shí)間段的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種LED驅(qū)動電壓模式的控制系統(tǒng)及方法，采用真值表查詢方式得到控制輸出，從而大大減少控制算法的實(shí)時(shí)計(jì)算量，提高了控制效率及系統(tǒng)響應(yīng)速度；利用豐富的數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫涵蓋了豐富的負(fù)載變化應(yīng)用場景，基于數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫生成的推理機(jī)能夠使控制器適用于不同負(fù)載變化的應(yīng)用場景；采用真值表查詢法，可以大大簡化控制算法本身設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，從而減少了控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，提高了系統(tǒng)的可靠性，而且也降低了系統(tǒng)的成本。
文檔編號H05B37/02GK102858074SQ20121037703
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者陳俊杰, 俞仕群 申請人:芯河半導(dǎo)體(上海)有限公司