大功率led數(shù)字線性調(diào)光系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大功率LED數(shù)字線性調(diào)光系統(tǒng)；屬于LED調(diào)光系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】；其技術(shù)要點(diǎn)包括依序電路連接在DC電源和LED光源之間的濾波及保護(hù)電路、PWM控制電路和輸出濾波電路，其中所述PWM控制電路電路連接有單片機(jī)，所述單片機(jī)電路連接有線性電位器；所述輸出濾波電路與LED光源之間的電路上設(shè)有電流采樣放大電路，所述電流采樣放大電路與單片機(jī)連接；所述LED光源焊接點(diǎn)側(cè)邊設(shè)有溫度傳感器，所述溫度傳感器通過ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)連接；本發(fā)明旨在提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)光準(zhǔn)確的LED線性調(diào)光系統(tǒng)；用于大功率LED的調(diào)光。
【專利說明】大功率LED數(shù)字線性調(diào)光系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種調(diào)光系統(tǒng)，更具體地說，尤其涉及一種大功率LED數(shù)字線性調(diào)光系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]LED燈的輸出亮度除了與LED燈本身的材料工藝有關(guān)外，還跟工作電流和LED燈的結(jié)溫有關(guān)。同廠家，同系列的LED燈，影響輸出亮度的因素主要是LED燈的工作電流和LED燈的結(jié)溫。LED工作電流越大，輸出亮度越高，但是亮度與電流的變化是非線性的。同時(shí)，結(jié)溫越高LED輸出亮度越低。當(dāng)散熱條件不變時(shí)調(diào)節(jié)LED的工作電流會(huì)導(dǎo)致LED的結(jié)溫產(chǎn)生變化，這也是影響LED亮度變化不線性的因素之一。
[0003]目前的LED調(diào)光控制電路主要是由運(yùn)算放大器組成的加減法電路，這種控制電路只能做到輸出的電流跟隨電位器電阻值的變化而變化。如果電位器為線性電位器，則輸出電流也是線性電流，而直接忽略其他反饋電路的非線性。這種調(diào)節(jié)方式比較簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，但是對(duì)亮度與電流的非線性關(guān)系，以及LED結(jié)溫對(duì)亮度輸出的影響不能被消除，從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)電位器時(shí)LED燈的亮度出現(xiàn)非線性的變化，這給某些特定使用場(chǎng)合帶來不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)光準(zhǔn)確的大功率LED數(shù)字線性調(diào)光系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種大功率LED數(shù)字線性調(diào)光系統(tǒng)，包括依序電路連接在DC電源和LED光源之間的濾波及保護(hù)電路、PWM控制電路和輸出濾波電路，其中所述PWM控制電路電路連接有單片機(jī)，所述單片機(jī)電路連接有線性電位器；所述輸出濾波電路與LED光源之間的電路上設(shè)有電流采樣放大電路，所述電流采樣放大電路與單片機(jī)連接；所述LED光源焊接點(diǎn)側(cè)邊設(shè)有溫度傳感器，所述溫度傳感器通過ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)連接。
[0006]進(jìn)一步的，上述的大功率LED數(shù)字線性調(diào)光系統(tǒng)中，所述輸出濾波電路與LED光源之間的電路上連接有電壓采樣電路，所述電壓采樣電路通過ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)連接
[0007]所述單片機(jī)為帶4路以上12位高速ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器和12位DAC數(shù)模轉(zhuǎn)化器的微處理器；所述線性電位器通過ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器與微處理器連接。所述單片機(jī)優(yōu)選型號(hào)為STM32F051K4。
[0008]本發(fā)明采用上述結(jié)構(gòu)后，通過在原有電流反饋環(huán)路的基礎(chǔ)上，增加電壓采樣電路和檢測(cè)LED結(jié)溫的溫度傳感器，并通過具有高效處理能力的單片機(jī)對(duì)各電路所反饋的信號(hào)進(jìn)行分析處理，從而實(shí)現(xiàn)消除結(jié)溫變化和調(diào)節(jié)電流時(shí)LED燈亮度輸出非線性，達(dá)到精確調(diào)光的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】[0009]下面結(jié)合附圖中的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。
[0010]圖1是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)原理圖；
[0011]圖2是本發(fā)明調(diào)光的原理流程示意圖；
[0012]圖3是本發(fā)明具體實(shí)施例的電路原理示意圖；
[0013]圖4是本發(fā)明LED燈亮度輸出隨電位器阻值變化示意圖。
[0014]圖中:DC電源1、LED光源2、濾波及保護(hù)電路3、PWM控制電路4、輸出濾波電路5、單片機(jī)6、線性電位器7、電流采樣放大電路8、溫度傳感器9、電壓采樣電路10。
【具體實(shí)施方式】
[0015]參閱圖1所示，本發(fā)明的一種大功率LED數(shù)字線性調(diào)光系統(tǒng)，包括依序電路連接在DC電源I和LED光源2之間的濾波及保護(hù)電路3、PWM控制電路4和輸出濾波電路5，同時(shí)，PWM控制電路4電路連接有單片機(jī)6，所述單片機(jī)6電路連接有線性電位器7 ;所述輸出濾波電路5與LED光源2之間的電路上設(shè)有電流采樣放大電路8，所述電流采樣放大電路8與單片機(jī)6連接。本實(shí)施例中所述單片機(jī)6為帶4路以上12位高速ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器和12位DAC數(shù)模轉(zhuǎn)化器的微處理器；所述線性電位器7通過ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)6。
[0016]同時(shí)，在LED光源2焊接點(diǎn)側(cè)邊設(shè)有溫度傳感器9，所述溫度傳感器9通過ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)6。通過單片機(jī)6處理溫度傳感器9獲得的焊點(diǎn)溫度，從而實(shí)現(xiàn)消除LED結(jié)溫變化時(shí)LED亮度輸出非線性的問題。
[0017]進(jìn)一步地，在輸出濾波電路5與LED光源2之間的電路上連接有電壓采樣電路10，所述電壓采樣電路10通過ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)6。通過單片機(jī)6處理電壓采樣電路10獲得的電壓值，進(jìn)一步完善消除調(diào)節(jié)電流時(shí)LED亮度輸出非線性的問題。
[0018]工作時(shí)，線性電位器7調(diào)節(jié)的阻值、電流采樣電路8獲得的電流信號(hào)、電壓采樣電路10獲得的電壓信號(hào)、溫度傳感器9檢測(cè)到的LED焊接點(diǎn)溫度都通過ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入單片機(jī)6，單片機(jī)6經(jīng)過一系列計(jì)算和查表后得出應(yīng)該設(shè)定的LED工作的電流值，然后將電流設(shè)定值與實(shí)際輸出電流值比較后通過控制DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出來調(diào)節(jié)PWM控制電路4得到需要的電流值。
[0019]本發(fā)明的系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法參閱圖2所示，具體調(diào)光方法包括下述步驟:
[0020](I)在DC電源I與LED光源2之間的電路上設(shè)置PWM控制電路4、電流采樣放大電路8及電壓采樣電路10，在LED焊點(diǎn)附近設(shè)置溫度檢測(cè)探頭9，同時(shí)PWM控制電路4連接單片機(jī)6，單片機(jī)6連接線性電位器7 ；
[0021](2)單片機(jī)6為帶4路以上12位高速ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器和12位DAC數(shù)模轉(zhuǎn)化器的微處理器，本實(shí)施例中的優(yōu)選STM32R)51K4處理器；ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收電位器信號(hào)、電流信號(hào)、電壓信號(hào)及LED溫度信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并換算成對(duì)應(yīng)R、1、V及Tc，其中R為線性電位器的調(diào)節(jié)阻值，等于電位器信號(hào)值乘以設(shè)定的系數(shù)；I為實(shí)際輸出的電流值，等于ADC采集的電流信號(hào)乘以設(shè)定的系數(shù)為電路輸出的電壓值，等于ADC采集的電壓信號(hào)乘以設(shè)定的系數(shù)；Tc為L(zhǎng)ED焊接點(diǎn)附近的溫度，通過溫度檢測(cè)探頭獲得；
[0022](3)根據(jù)電流信號(hào)、電壓信號(hào)及LED溫度信號(hào)計(jì)算得出亮度補(bǔ)償系數(shù)A ;具體為:(3a)根據(jù)電流信號(hào)和電壓信號(hào)計(jì)算功率P，P=V* I ；(3b)計(jì)算結(jié)溫T，T=Tc+AT，A T=Rthe*P ; (3c)查程序中數(shù)字化的LED結(jié)溫與LED光亮表得到在結(jié)溫T下的亮度輸出百分?jǐn)?shù)Ach，然后計(jì)算出亮度補(bǔ)償系數(shù)A，A=Ach+ A A ;其中:A T為L(zhǎng)ED結(jié)溫與測(cè)量點(diǎn)的溫度差；Rthe為L(zhǎng)ED的熱阻，根據(jù)LED數(shù)據(jù)手冊(cè)查得；Ach為不同結(jié)溫下的亮度輸出百分?jǐn)?shù)，根據(jù)結(jié)溫T查表獲得；A A為亮度補(bǔ)償修正系數(shù)，根據(jù)實(shí)際使用的節(jié)溫范圍來選擇A A，使得基準(zhǔn)結(jié)溫下A=I ；
[0023](4)根據(jù)電位器信號(hào)計(jì)算輸出流明值L，再結(jié)合亮度補(bǔ)償系數(shù)A計(jì)算出溫度補(bǔ)償后設(shè)定的輸出亮度值Lch ;具體為:(4a)根據(jù)線性電位器調(diào)節(jié)的阻值計(jì)算輸出流明值L，L=(Lmax/Rmax) *R ； (4b)計(jì)算溫度補(bǔ)償后設(shè)定的輸出亮度值Lch,Lch=L/A ;其中，Lmax為設(shè)定的LED輸出最大亮度值，根據(jù)LED的數(shù)據(jù)手冊(cè)和使用需要以及LED散熱條件來設(shè)定；Rmax為電阻的最大值，即選取的電位器最大阻值汸為亮度補(bǔ)償系數(shù)，補(bǔ)償節(jié)溫變化對(duì)亮度輸出的影響；為實(shí)現(xiàn)實(shí)際輸出亮度值L不變，受到節(jié)溫變化的影響，Lch設(shè)定值為動(dòng)態(tài)變化量；
[0024](5)根據(jù)Lch值查L(zhǎng)ED手冊(cè)中的電流和LED光亮表得到應(yīng)該給供的電流1 ；
[0025](6)判定采樣取得的電流信號(hào)是否等于1，如果是，則不調(diào)節(jié)PWM控制輸出，如果不是，則調(diào)節(jié)DAC輸出改變PWM控制電路脈寬。
[0026]參閱圖3所示，本發(fā)明的大功率LED數(shù)字線性調(diào)光方法的電路工作原理示意圖，本發(fā)明具體實(shí)施例中選用了 STM32R)51K4處理器作為單片機(jī)6，PWM控制電路4使用集成電源芯片MP1593。VDD，VDDA電源電路以及運(yùn)算放大器的型號(hào)和電源根據(jù)需要靈活選取。
[0027]具體工作原理如下:
[0028]DC5V?23V的直流電經(jīng)過反接保護(hù)電路、過流保護(hù)電路以及電磁兼容的濾波電路后輸入PWM控制器MP1593。MP1593為集成降壓開關(guān)電源芯片，可以通過控制FB引腳的輸入來控制MP1593的占空比，從而達(dá)到調(diào)整輸出電流大小的目的。MP1593輸出的是高頻的電流，需要經(jīng)過整流濾波后才得到供給LED的直流電流。
[0029]采樣電路包括4個(gè)部分組成，分別為。
[0030](I)電壓反饋采樣:從LED供電輸出端口的正端采集電壓信號(hào)，經(jīng)過電壓跟隨器UlB后使用電阻分壓，然后接入STM32F051K4的ADC輸入引腳(第7腳)。
[0031](2)電流反饋:在輸出回路中串入一個(gè)0.1歐的錳銅電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器UlA放大16倍后輸入STM32R)51K4的ADC輸入引腳(第6腳)。
[0032](3)溫度反饋:LM35溫度檢測(cè)探頭的信號(hào)從接線端子J3接入電路，RC濾波后接到STM32F051K4的ADC輸入引腳(第9腳)。
[0033](4)電位器信號(hào)采集:電位器信號(hào)從接線端子J2接入電路，經(jīng)過RC濾波后接到STM32F051K4的ADC輸入引腳(第9腳)。
[0034]32位微處理器STM32R)51K4作用是將ADC采集到的4路信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理(處理的過程見圖3)，計(jì)算處理的結(jié)果從STM32R)51K4的第14腳的DAC輸出用來控制PWM控制芯片 MP1583。Jl 為 STM32R)51K4 的 FLASH 編程輸入接口。
[0035]參閱圖4所示，是利用本發(fā)明的調(diào)光方法，線性電位器7阻值與LED燈輸出亮度(流明)的線性變化示意圖，可以看出，通過調(diào)節(jié)線性電位器7的阻值可以實(shí)現(xiàn)LED光源2亮度的線性輸出。
[0036]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，而其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種大功率LED數(shù)字線性調(diào)光系統(tǒng)，包括依序電路連接在DC電源(I)和LED光源(2)之間的濾波及保護(hù)電路(3)、PWM控制電路(4)和輸出濾波電路(5)，其特征在于，所述PWM控制電路(4)電路連接有單片機(jī)(6)，所述單片機(jī)(6)電路連接有線性電位器(7);所述輸出濾波電路(5 )與LED光源(2 )之間的電路上設(shè)有電流采樣放大電路(8 )，所述電流采樣放大電路(8)與單片機(jī)(6)連接；所述LED光源(2)焊接點(diǎn)側(cè)邊設(shè)有溫度傳感器(9)，所述溫度傳感器(9 )通過ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)(6 )連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率LED數(shù)字線性調(diào)光系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出濾波電路(5 )與LED光源(2 )之間的電路上連接有電壓采樣電路(10 )，所述電壓采樣電路(10 )通過ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)(6 )連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率LED數(shù)字線性調(diào)光系統(tǒng)，其特征在于，所述單片機(jī)(6)為帶4路以上12位高速ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器和12位DAC數(shù)模轉(zhuǎn)化器的微處理器；所述線性電位器(7 )通過ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器與微處理器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的大功率LED數(shù)字線性調(diào)光系統(tǒng)，其特征在于，所述單片機(jī)(6)型號(hào)為 STM32R)51K4。
【文檔編號(hào)】H05B37/02GK103596325SQ201310368362
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月22日
【發(fā)明者】郭欽平, 黎陽成, 蔣遠(yuǎn)剛, 李志榮, 陳儉, 張錢行, 封榮凱 申請(qǐng)人:廣西奧順儀器有限公司