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基于pwm的精準led調(diào)光裝置及方法

文檔序號:8049557閱讀:370來源:國知局
專利名稱:基于pwm的精準led調(diào)光裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于LED領(lǐng)域,尤其是一種基于PWM的精準LED調(diào)光裝置及方法。
背景技術(shù)
目前,LED應用越來越廣泛,從閃光燈到街燈,再到體育場的記分牌以及電腦顯示器等均要求精確控制的LED輸出。光通量是光源發(fā)出有用功的度量,該性能指標是一個所有波長的能量和專門對應人眼反映的可見光區(qū)域的加權(quán)函數(shù)。LED的光通量與驅(qū)動電流的大小成正比,在很多情況下,光輸出的實時變化都須通過改變LED驅(qū)動電流來實現(xiàn)。目前, 廣泛使用的LED調(diào)光方法為模擬調(diào)光方法,其通過調(diào)節(jié)標稱LED電流來實現(xiàn)。從理論上講, 通過某一電位器的調(diào)節(jié)即可調(diào)整LED的標稱電流,但是,由于要求光亮度平緩的變化,這一電位器的可變電阻應該很小,實際操作中很難實現(xiàn),通常需要加入運算放大器用來緩沖和放大檢測電壓,即將一個更高的電阻電位器放在從輸入到輸出的反饋回路上,以調(diào)節(jié)有效傳感電壓值,從而達到對LED模擬調(diào)光的目的。上述方法存在的問題是調(diào)光時會產(chǎn)生色移現(xiàn)象以及調(diào)光范圍小、準確度差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種基于PWM的精準LED調(diào)光裝置及方法,解決了調(diào)光時產(chǎn)生色移、以及調(diào)光范圍小、準確度差的問題。本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種基于PWM的精準LED調(diào)光裝置,包括電源模塊、信號處理單元、LED驅(qū)動單元和按鍵處理單元,電源模塊與信號處理單元、LED驅(qū)動單元和按鍵處理單元相連接為其供電, 按鍵處理單元與信號處理單元的輸入端相連接,LED驅(qū)動單元的輸入端與信號處理單元的 PWM信號輸出端相連接,LED驅(qū)動單元的輸出端與LED相連接。而且,所述的按鍵處理單元包括亮度上調(diào)按鍵和亮度下調(diào)按鍵,亮度上調(diào)按鍵和亮度下調(diào)按鍵分別連接到信號處理單元的中斷接口。而且,所述的亮度上調(diào)按鍵兩端并聯(lián)一電容,所述的亮度下調(diào)按鍵兩端并聯(lián)一電容。而且,所述的信息信號處理單元采用具有PWM波輸出功能的單片機,所述的LED驅(qū)動單元采用TPS61185芯片。而且,所述的電源模塊包括穩(wěn)壓芯片7805和D⑶C隔離模塊,輸入的24V直流電壓與穩(wěn)壓芯片7805輸入端相連接,穩(wěn)壓芯片7805芯片的輸出端與D⑶C隔離模塊的輸入端相連接,DCDC隔離模塊的輸出端輸出5V電源為信號處理單元、LED驅(qū)動單元和按鍵處理單元
{共 ο一種基于PWM的精準LED調(diào)光方法,包括以下步驟(1)通過按鍵處理單元的亮度上調(diào)按鍵和亮度下調(diào)按鍵進行亮度調(diào)節(jié),亮度上調(diào)按鍵和亮度下調(diào)按鍵產(chǎn)生的亮度調(diào)節(jié)控制信號傳入到信號處理單元;
(2)信號處理單元識別亮度調(diào)節(jié)控制信號并根據(jù)該亮度調(diào)節(jié)控制信號產(chǎn)生相應占空比的PWM信號并輸出到LED驅(qū)動單元;(3) LED驅(qū)動單元根據(jù)PWM信號向LED發(fā)出驅(qū)動信號,控制調(diào)節(jié)LED單元的光通量。而且,所述的亮度調(diào)節(jié)控制信號將信號調(diào)節(jié)分為10擋,分別對應占空比的10% 100%。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是1、本發(fā)明的LED驅(qū)動單元自身設(shè)有一線性穩(wěn)壓器并通過該線性穩(wěn)壓器提供驅(qū)動電流,當輸入的PWM滿足頻率要求后,輸出通道電流與PWM占空比成線性關(guān)系,從而保證電流嚴格受控,輸出恒定值,不會出現(xiàn)頻閃和色移現(xiàn)象。2、本發(fā)明在輸入亮度調(diào)節(jié)按鍵后能夠被信號處理單元識別處理,并作出相應的反應,反應時間短,效率高,輸出的PWM占空比嚴格受程序控制,并與驅(qū)動電流呈線性關(guān)系,從而控制精確。3、本發(fā)明的電源模塊利用DCDC隔離模塊使內(nèi)部電源相對純凈和穩(wěn)定,避免了調(diào)光裝置受供電電源電壓不穩(wěn)造成的影響,提高了調(diào)光的可靠性。4、本發(fā)明的LED驅(qū)動單元嵌有錯誤保護模塊,具有過壓保護、過流保護和短路保護功能,保證了使用中整個裝置的安全性。


圖1是本發(fā)明的電路框圖;圖2是本發(fā)明的按鍵處理單元的電路圖;圖3是本發(fā)明的LED驅(qū)動單元的電路圖;圖4是本發(fā)明的PWM占空比與LED驅(qū)動電流的關(guān)系示意圖;圖5是本發(fā)明的電源模塊的電路圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳述一種基于PWM的精準LED調(diào)光裝置,如圖1所示,包括電源模塊、信號處理單元、 LED驅(qū)動單元和按鍵處理單元,電源模塊與信號處理單元、LED驅(qū)動單元和按鍵處理單元相連接為其供電,按鍵處理單元與信號處理單元的輸入端相連接,LED驅(qū)動單元的輸入端與信號處理單元的PWM信號輸出端相連接,LED驅(qū)動單元的輸出端與LED相連接。信號處理單元識別按鍵處理單元的按鍵命令并對按鍵命令進行識別,該單片機根據(jù)按鍵命令產(chǎn)生相應頻率和占空比的PWM(脈寬調(diào)制)信號并將其輸出到LED驅(qū)動單元,由LED驅(qū)動單元做出相應反應控制電流達到調(diào)節(jié)LED的目的。下面對各個部分分別進行說明按鍵處理單元包括兩個獨立按鍵,分別為“亮度上調(diào)按鍵”和“亮度下調(diào)按鍵”,通過“亮度上調(diào)按鍵”和“亮度下調(diào)按鍵”產(chǎn)生亮度調(diào)節(jié)控制信號,本裝置的亮度調(diào)節(jié)分為10 擋,分別對應占空比的10% 100%。因為按鍵數(shù)量少,所以,選用了中斷方式輸入鍵操作信息。按鍵所用開關(guān)為機械彈性開關(guān),利用機械觸點的合、斷作用產(chǎn)生高低電平信號。由于機械觸電的彈性作用,一個開關(guān)在閉合和斷開的瞬間會有一連串的抖動,為了防止這種抖動帶來的負面影響,電路設(shè)計中加入了硬件防抖措施,如圖2所示,在按鈕的兩端并聯(lián)一電容,按下按鈕開關(guān),電容短路,快速放電,電容兩端電壓為0 ;開關(guān)彈回時,整個電路形成RC 充電電路,其時間常數(shù)為RC,電容兩端電壓為VC,保證開關(guān)不會出現(xiàn)高低變化情況,只是由低到高,這樣就防止抖動了。抖動時間一般為10ms,選擇R = 10K,電容C值選用3. 3uF0信息信號處理單元采用具有PWM波輸出功能的單片機,該單片機主要實現(xiàn)識別控制信號、處理控制信號以及PWM輸出功能,該單片機利用自身的中斷系統(tǒng)識別控制信息,根據(jù)控制信號的產(chǎn)生部分所述,推斷出按鍵給出的信號波形,中斷的觸發(fā)方式應設(shè)置為下降沿觸發(fā)。當有按鍵按下后進入相應的中斷程序,單片機通過內(nèi)部程序設(shè)置輸出PWM的占空比,控制相應引腳的輸入輸出性質(zhì),輸出相應占空比的PWM控制信號。LED驅(qū)動單元從成本、效率、應用電路的復雜程度幾個因素,選用TI公司的 TPS61185。該芯片的尺寸為4. 8mmX4. 8mm, 5V 24V的寬范圍輸入電壓,8個可提供25mA 電流的光亮度調(diào)節(jié)通道,每通道可負載10個白色LED,可應用于LED的背光調(diào)節(jié)。如圖3 所示,該芯片的PWM信號輸入端與信號處理單元的PWM信號輸出端相連接,“VBAT”引腳為芯片的自我保護模塊和線性穩(wěn)壓器提供電源,當“EN”引腳輸入高電平時,這個內(nèi)部的線性穩(wěn)壓器開始工作,為其自身的模擬電路和邏輯電路提供穩(wěn)定的電源?!癈IN”引腳為內(nèi)部線性穩(wěn)壓器的一個輸出端,需要外接一個0. IuF的電容來保證線性穩(wěn)壓器更穩(wěn)定的工作?!癡/ 和“SW”為芯片內(nèi)部各通道的電流控制器的電源輸入端和使能端,對于可能面臨的高頻率開關(guān)情況,為了盡量避免引起電磁兼容性問題,電路中加入了肖特基二極管和4. 7uF電容。 “0VP”為內(nèi)部過壓保護模塊的輸入端,“PWMIN”為PWM控制信號的輸入端,“M0DE”、“FSW”和 “FPWM0”決定輸出PWM的工作模式。實驗表明,輸入的PWM占空比與通道電流存在嚴格的線性關(guān)系,PWM頻率為200Hz占空比與通道驅(qū)動電流的關(guān)系見圖4。電源模塊,如圖5所示,包括穩(wěn)壓芯片7805和D⑶C隔離模塊,輸入的24V直流電壓與穩(wěn)壓芯片7805輸入端相連接,由7805芯片將輸入電壓進行穩(wěn)壓,再經(jīng)過D⑶C隔離模塊進行信號隔離,最后輸出5V電源為信號處理單元、LED驅(qū)動單元和按鍵處理單元供電。一種基于PWM的精準LED調(diào)光方法,包括以下步驟(1)用戶通過按鍵處理單元的亮度上調(diào)按鍵和亮度下調(diào)按鍵進行亮度調(diào)節(jié),亮度上調(diào)按鍵和亮度下調(diào)按鍵產(chǎn)生的亮度調(diào)節(jié)控制信號傳入到信號處理單元;(2)信號處理單元識別亮度調(diào)節(jié)控制信號是占空比上調(diào)和占空比下調(diào)信號,并根據(jù)該亮度調(diào)節(jié)控制信號產(chǎn)生相應占空比的PWM信號并輸出到LED驅(qū)動單元;(3) LED驅(qū)動單元根據(jù)PWM信號向LED發(fā)出驅(qū)動信號,控制調(diào)節(jié)LED單元的光通量。需要強調(diào)的是,本發(fā)明所述的實施例是說明性的,而不是限定性的,因此本發(fā)明并不限于具體實施方式
中所述的實施例,凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實施方式,同樣屬于本發(fā)明保護的范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于PWM的精準LED調(diào)光裝置,其特征在于包括電源模塊、信號處理單元、LED 驅(qū)動單元和按鍵處理單元,電源模塊與信號處理單元、LED驅(qū)動單元和按鍵處理單元相連接為其供電,按鍵處理單元與信號處理單元的輸入端相連接,LED驅(qū)動單元的輸入端與信號處理單元的PWM信號輸出端相連接,LED驅(qū)動單元的輸出端與LED相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PWM的精準LED調(diào)光裝置,其特征在于所述的按鍵處理單元包括亮度上調(diào)按鍵和亮度下調(diào)按鍵,亮度上調(diào)按鍵和亮度下調(diào)按鍵分別連接到信號處理單元的中斷接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于PWM的精準LED調(diào)光裝置,其特征在于所述的亮度上調(diào)按鍵兩端并聯(lián)一電容,所述的亮度下調(diào)按鍵兩端并聯(lián)一電容。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PWM的精準LED調(diào)光裝置,其特征在于所述的信息信號處理單元采用具有PWM波輸出功能的單片機,所述的LED驅(qū)動單元采用TPS61185芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PWM的精準LED調(diào)光裝置,其特征在于所述的電源模塊包括穩(wěn)壓芯片7805和D⑶C隔離模塊,輸入的24V直流電壓與穩(wěn)壓芯片7805輸入端相連接,穩(wěn)壓芯片7805芯片的輸出端與DCDC隔離模塊的輸入端相連接,DCDC隔離模塊的輸出端輸出5V電源為信號處理單元、LED驅(qū)動單元和按鍵處理單元供電。
6.一種基于PWM的精準LED調(diào)光方法,其特征在于包括以下步驟(1)通過按鍵處理單元的亮度上調(diào)按鍵和亮度下調(diào)按鍵進行亮度調(diào)節(jié),亮度上調(diào)按鍵和亮度下調(diào)按鍵產(chǎn)生的亮度調(diào)節(jié)控制信號傳入到信號處理單元;(2)信號處理單元識別亮度調(diào)節(jié)控制信號并根據(jù)該亮度調(diào)節(jié)控制信號產(chǎn)生相應占空比的PWM信號并輸出到LED驅(qū)動單元;(3)LED驅(qū)動單元根據(jù)PWM信號向LED發(fā)出驅(qū)動信號,控制調(diào)節(jié)LED單元的光通量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于PWM的精準LED調(diào)光方法,其特征在于所述的亮度調(diào)節(jié)控制信號將信號調(diào)節(jié)分為10擋,分別對應占空比的10% 100%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于PWM的精準LED調(diào)光裝置及方法,該裝置包括電源模塊、信號處理單元、LED驅(qū)動單元和按鍵處理單元,按鍵處理單元與信號處理單元的輸入端相連接,LED驅(qū)動單元的輸入端與信號處理單元的PWM信號輸出端相連接,LED驅(qū)動單元的輸出端與LED相連接;該方法包括以下步驟(1)通過按鍵處理單元進行亮度調(diào)節(jié);(2)信號處理單元識別亮度調(diào)節(jié)控制信號產(chǎn)生相應占空比的PWM信號并輸出到LED驅(qū)動單元;(3)LED驅(qū)動單元根據(jù)PWM信號向LED發(fā)出驅(qū)動信號,控制調(diào)節(jié)LED單元的光通量。本發(fā)明解決了調(diào)光時產(chǎn)生色移、以及調(diào)光范圍小、準確度差的問題,同時具有反應時間短、效率高、可靠性及安全性高等特點。
文檔編號H05B37/02GK102427635SQ20111026907
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者傅金琳, 周喆, 趙娜, 趙子陽 申請人:中國船舶重工集團公司第七○七研究所
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