大功率led數字線性調光系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種大功率LED數字線性調光系統；屬于LED調光系統【技術領域】；其技術要點包括依序電路連接在DC電源和LED光源之間的濾波及保護電路、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，所述單片機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有電流采樣放大電路，所述電流采樣放大電路與單片機連接；所述LED光源焊接點側邊設有溫度傳感器，所述溫度傳感器通過ADC模數轉換器與單片機連接；本發明旨在提供一種結構緊湊、調光準確的LED線性調光系統；用于大功率LED的調光。
【專利說明】大功率LED數字線性調光系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種調光系統，更具體地說，尤其涉及一種大功率LED數字線性調光系統。
【背景技術】
[0002]LED燈的輸出亮度除了與LED燈本身的材料工藝有關外，還跟工作電流和LED燈的結溫有關。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，結溫越高LED輸出亮度越低。當散熱條件不變時調節LED的工作電流會導致LED的結溫產生變化，這也是影響LED亮度變化不線性的因素之一。
[0003]目前的LED調光控制電路主要是由運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。這種調節方式比較簡單，技術成熟，但是對亮度與電流的非線性關系，以及LED結溫對亮度輸出的影響不能被消除，從而導致調節電位器時LED燈的亮度出現非線性的變化，這給某些特定使用場合帶來不便。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提供一種結構緊湊、調光準確的大功率LED數字線性調光系統。
[0005]本發明的技術方案是這樣實現的:一種大功率LED數字線性調光系統，包括依序電路連接在DC電源和LED光源之間的濾波及保護電路、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，所述單片機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有電流采樣放大電路，所述電流采樣放大電路與單片機連接；所述LED光源焊接點側邊設有溫度傳感器，所述溫度傳感器通過ADC模數轉換器與單片機連接。
[0006]進一步的，上述的大功率LED數字線性調光系統中，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模數轉換器與單片機連接
[0007]所述單片機為帶4路以上12位高速ADC模數轉換器和12位DAC數模轉化器的微處理器；所述線性電位器通過ADC模數轉換器與微處理器連接。所述單片機優選型號為STM32F051K4。
[0008]本發明采用上述結構后，通過在原有電流反饋環路的基礎上，增加電壓采樣電路和檢測LED結溫的溫度傳感器，并通過具有高效處理能力的單片機對各電路所反饋的信號進行分析處理，從而實現消除結溫變化和調節電流時LED燈亮度輸出非線性，達到精確調光的目的。
【專利附圖】
【附圖說明】[0009]下面結合附圖中的實施例對本發明作進一步的詳細說明，但并不構成對本發明的任何限制。
[0010]圖1是本發明的電路結構原理圖；
[0011]圖2是本發明調光的原理流程示意圖；
[0012]圖3是本發明具體實施例的電路原理示意圖；
[0013]圖4是本發明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、濾波及保護電路3、PWM控制電路4、輸出濾波電路5、單片機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。
【具體實施方式】
[0015]參閱圖1所示，本發明的一種大功率LED數字線性調光系統，包括依序電路連接在DC電源I和LED光源2之間的濾波及保護電路3、PWM控制電路4和輸出濾波電路5，同時，PWM控制電路4電路連接有單片機6，所述單片機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6連接。本實施例中所述單片機6為帶4路以上12位高速ADC模數轉換器和12位DAC數模轉化器的微處理器；所述線性電位器7通過ADC模數轉換器與單片機6。
[0016]同時，在LED光源2焊接點側邊設有溫度傳感器9，所述溫度傳感器9通過ADC模數轉換器與單片機6。通過單片機6處理溫度傳感器9獲得的焊點溫度，從而實現消除LED結溫變化時LED亮度輸出非線性的問題。
[0017]進一步地，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模數轉換器與單片機6。通過單片機6處理電壓采樣電路10獲得的電壓值，進一步完善消除調節電流時LED亮度輸出非線性的問題。
[0018]工作時，線性電位器7調節的阻值、電流采樣電路8獲得的電流信號、電壓采樣電路10獲得的電壓信號、溫度傳感器9檢測到的LED焊接點溫度都通過ADC模數轉換器輸入單片機6，單片機6經過一系列計算和查表后得出應該設定的LED工作的電流值，然后將電流設定值與實際輸出電流值比較后通過控制DAC數模轉換器的輸出來調節PWM控制電路4得到需要的電流值。
[0019]本發明的系統的調節方法參閱圖2所示，具體調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焊點附近設置溫度檢測探頭9，同時PWM控制電路4連接單片機6，單片機6連接線性電位器7 ；
[0021](2)單片機6為帶4路以上12位高速ADC模數轉換器和12位DAC數模轉化器的微處理器，本實施例中的優選STM32R)51K4處理器；ADC模數轉換器接收電位器信號、電流信號、電壓信號及LED溫度信號進行模數轉換并換算成對應R、1、V及Tc，其中R為線性電位器的調節阻值，等于電位器信號值乘以設定的系數；I為實際輸出的電流值，等于ADC采集的電流信號乘以設定的系數為電路輸出的電壓值，等于ADC采集的電壓信號乘以設定的系數；Tc為LED焊接點附近的溫度，通過溫度檢測探頭獲得；
[0022](3)根據電流信號、電壓信號及LED溫度信號計算得出亮度補償系數A ;具體為:(3a)根據電流信號和電壓信號計算功率P，P=V* I ；(3b)計算結溫T，T=Tc+AT，A T=Rthe*P ; (3c)查程序中數字化的LED結溫與LED光亮表得到在結溫T下的亮度輸出百分數Ach，然后計算出亮度補償系數A，A=Ach+ A A ;其中:A T為LED結溫與測量點的溫度差；Rthe為LED的熱阻，根據LED數據手冊查得；Ach為不同結溫下的亮度輸出百分數，根據結溫T查表獲得；A A為亮度補償修正系數，根據實際使用的節溫范圍來選擇A A，使得基準結溫下A=I ；
[0023](4)根據電位器信號計算輸出流明值L，再結合亮度補償系數A計算出溫度補償后設定的輸出亮度值Lch ;具體為:(4a)根據線性電位器調節的阻值計算輸出流明值L，L=(Lmax/Rmax) *R ； (4b)計算溫度補償后設定的輸出亮度值Lch,Lch=L/A ;其中，Lmax為設定的LED輸出最大亮度值，根據LED的數據手冊和使用需要以及LED散熱條件來設定；Rmax為電阻的最大值，即選取的電位器最大阻值汸為亮度補償系數，補償節溫變化對亮度輸出的影響；為實現實際輸出亮度值L不變，受到節溫變化的影響，Lch設定值為動態變化量；
[0024](5)根據Lch值查LED手冊中的電流和LED光亮表得到應該給供的電流1 ；
[0025](6)判定采樣取得的電流信號是否等于1，如果是，則不調節PWM控制輸出，如果不是，則調節DAC輸出改變PWM控制電路脈寬。
[0026]參閱圖3所示，本發明的大功率LED數字線性調光方法的電路工作原理示意圖，本發明具體實施例中選用了 STM32R)51K4處理器作為單片機6，PWM控制電路4使用集成電源芯片MP1593。VDD，VDDA電源電路以及運算放大器的型號和電源根據需要靈活選取。
[0027]具體工作原理如下:
[0028]DC5V?23V的直流電經過反接保護電路、過流保護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，從而達到調整輸出電流大小的目的。MP1593輸出的是高頻的電流，需要經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，經過電壓跟隨器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0.1歐的錳銅電阻將電流信號轉變為電壓信號，經運算放大器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溫度檢測探頭的信號從接線端子J3接入電路，RC濾波后接到STM32F051K4的ADC輸入引腳(第9腳)。
[0033](4)電位器信號采集:電位器信號從接線端子J2接入電路，經過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路信號進行計算處理(處理的過程見圖3)，計算處理的結果從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，是利用本發明的調光方法，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，通過調節線性電位器7的阻值可以實現LED光源2亮度的線性輸出。
[0036]上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，而其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種大功率LED數字線性調光系統，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(6)，所述單片機(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(6)連接；所述LED光源(2)焊接點側邊設有溫度傳感器(9)，所述溫度傳感器(9 )通過ADC模數轉換器與單片機(6 )連接。
2.根據權利要求1所述的大功率LED數字線性調光系統，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模數轉換器與單片機(6 )連接。
3.根據權利要求1所述的大功率LED數字線性調光系統，其特征在于，所述單片機(6)為帶4路以上12位高速ADC模數轉換器和12位DAC數模轉化器的微處理器；所述線性電位器(7 )通過ADC模數轉換器與微處理器連接。
4.根據權利要求1或3所述的大功率LED數字線性調光系統，其特征在于，所述單片機(6)型號為 STM32R)51K4。
【文檔編號】H05B37/02GK103596325SQ201310368362
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年8月22日 優先權日:2013年8月22日
【發明者】郭欽平, 黎陽成, 蔣遠剛, 李志榮, 陳儉, 張錢行, 封榮凱 申請人:廣西奧順儀器有限公司