專利名稱：自適應(yīng)led調(diào)光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于照明領(lǐng)域，涉及一種主動式自適應(yīng)LED調(diào)光裝置，尤其是一種采用PWM 的調(diào)光方式實現(xiàn)的自適應(yīng)LED調(diào)光器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的線性調(diào)光方法有模擬調(diào)光和數(shù)字PWM調(diào)光兩種方式。模擬調(diào)光方式主要利用LED器件的亮度與LED驅(qū)動電流成定固定比例關(guān)系，其優(yōu)點是當(dāng)驅(qū)動電流線性變化時， 相對減少了驅(qū)動電流過沖對LED的影響，控制電路抗干擾性較強。其缺點是線性度及調(diào)光比不高，并且色溫不一致。數(shù)字PWM調(diào)光方式通過脈沖寬度的調(diào)節(jié)，改變LED器件工作的時間，也同時改變了輸出功率，從而達(dá)到節(jié)能的目的。其優(yōu)點是LED器件只存在關(guān)斷或額定電流工作兩種狀態(tài)，具有高線性度和高調(diào)光比，色溫一致。其缺點是高精度ADC與高位數(shù)字 PWM控制器設(shè)計困難，且LED存在頻閃?，F(xiàn)有的調(diào)光方式有被動式調(diào)光和主動式調(diào)光。被動式調(diào)光主要采用人工控制的方式調(diào)節(jié)LED器件的發(fā)光強度，調(diào)光系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)穩(wěn)定，設(shè)計簡單，該方法很難實時跟蹤環(huán)境照度變化進行相應(yīng)調(diào)整，宜造成能源浪費。主動式調(diào)光采用全自動模式，可依據(jù)采樣點照度，自動調(diào)節(jié)LED器件的發(fā)光強度，因而更加節(jié)約能源。但是，由于系統(tǒng)處于閉環(huán)或局部閉環(huán)狀態(tài)，穩(wěn)定性設(shè)計受到挑戰(zhàn)。目前已有用于照明的主動式調(diào)光設(shè)備系統(tǒng)，但是體積龐大，成本高。自適應(yīng)調(diào)光的系統(tǒng)在北歐例如挪威等國家已經(jīng)作為一項重點發(fā)展的項目在研究， 例如 Norwegian Public Roads Administration 提出了在 Drammen 實現(xiàn)自適應(yīng) LED 路燈系統(tǒng)的議案，并加以重點研究和發(fā)展。國內(nèi)自適應(yīng)調(diào)光LED的相關(guān)研究工作幾近空白，上海大學(xué)及中科院半導(dǎo)體所等研究機構(gòu)對此的研究還停留在理論層面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對人眼對照度的不同需求，設(shè)計了一款自適應(yīng)LED調(diào)光系統(tǒng)，它可以根據(jù)當(dāng)前環(huán)境中自然照明以及其他照明設(shè)備的照度來自適應(yīng)調(diào)節(jié)LED照明的光強，從而使環(huán)境整體照度達(dá)到人眼最舒適。該系統(tǒng)設(shè)置有不同光強檔位，以滿足不同場合下人對光線強度的需求。而對應(yīng)每一個檔位，通過感光元件檢測環(huán)境光強，控制LED線性調(diào)光器來實現(xiàn) LED照明的自動化調(diào)節(jié)，使環(huán)境亮度達(dá)到人眼最適宜的程度。本發(fā)明既實現(xiàn)了照度調(diào)節(jié)智能化，又節(jié)省了電能，滿足節(jié)能、低碳、環(huán)保的要求。本發(fā)明體積小，具有很好的便攜性能。本發(fā)明包括電源模塊、感光模塊、升壓電路、模式選擇模塊、控制模塊、LED陣列和多路LED(多路LED的范圍可以是1至24路的任意值)驅(qū)動電路；所述電源模塊分別與感光模塊、模式選擇模塊、升壓電路和控制模塊單向連接；所述升壓電路與多路LED驅(qū)動電路雙向連接；所述LED陣列一端連接升壓電路，另一端連接多路LED驅(qū)動電路；所述模式選擇模塊與控制模塊單 向連接。所述電源模塊提供感光模塊、升壓電路、模式選擇模塊、控制模塊、LED陣列和多路LED驅(qū)動電路所需電能。 所述模式選擇模塊利用多路開關(guān)可選擇的核心系統(tǒng)控制方式有1)自適應(yīng)無級調(diào)光，用戶可以通過無級調(diào)光旋鈕全范圍調(diào)節(jié)所需要的光照度，系統(tǒng)采用反饋控制實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)LED光強，使檢測處的光照度穩(wěn)定在設(shè)定值。2)不同場合選擇檔位調(diào)光，此時系統(tǒng)工作在局部閉環(huán)狀態(tài)。本發(fā)明設(shè)計了譬如書房、客廳、臥室和樓梯等多種應(yīng)用場合，光強由多路開關(guān)設(shè)置，而反饋回路提供微量調(diào)整，在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)LED光強。所述控制模塊將經(jīng)過模式選擇控制的電壓信號經(jīng)過內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，并通過內(nèi)部DPWM電路輸出PWM信號，PWM信號的占空比與感光電壓成比例關(guān)系。所述多路LED電流驅(qū)動電路實現(xiàn)多通道的LED驅(qū)動，其LED的電流大小由Ikef信號設(shè)置。本發(fā)明的優(yōu)勢主要有照度調(diào)節(jié)智能化，更大程度發(fā)揮了 LED照明的節(jié)能優(yōu)勢；充分利用自然光源，可實現(xiàn)恒定照度輸出；自適應(yīng)LED調(diào)光系統(tǒng)體積小，便攜性優(yōu)。


圖1為本發(fā)明的自適應(yīng)LED調(diào)光器結(jié)構(gòu)示意圖；其中1為電源模塊；2為升壓電路；3為感光模塊；4為模式選擇模塊；5為控制模塊；6為LED陣列；7為多路LED驅(qū)動電路；8為光信號；9為PWM信號。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細(xì)描述參見圖1，一種自適應(yīng)LED調(diào)光器，包括電源模塊、感光模塊、升壓電路、模式選擇模塊、控制模塊、LED陣列和多路LED驅(qū)動電路；所述電源模塊分別與感光模塊、模式選擇模塊、升壓電路和控制模塊單向連接；所述升壓電路與多路LED驅(qū)動電路雙向連接；所述LED 陣列一端連接升壓電路，另一端連接多路LED驅(qū)動電路；所述模式選擇模塊與控制模塊單向連接。電源模塊提供不同的電源電壓給其它模塊供電，以保證整個系統(tǒng)正常工作。感光模塊檢測其所在環(huán)境照度值總和(包括環(huán)境光照和LED補償光照)，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號Vsense，Vsense與檢測到的光信號成正比例關(guān)系。模式選擇模塊利用多路開關(guān)可選擇的系統(tǒng)控制方式為1)自適應(yīng)無級調(diào)光用戶可以通過無級調(diào)光旋鈕，全范圍調(diào)節(jié)所需要的光照度，系統(tǒng)采用反饋控制實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié) LED光強，使檢測處的光照度穩(wěn)定在設(shè)定值；2)不同場合選擇檔位調(diào)光，此時系統(tǒng)工作在局部閉環(huán)狀態(tài)，本發(fā)明設(shè)計了譬如書房、客廳、臥室和樓梯等多種應(yīng)用場合，光強主要由多路開關(guān)設(shè)置，而反饋回路提供微量調(diào)整，在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)LED光強；3)用戶強制無級調(diào)光，此時系統(tǒng)工作在開環(huán)狀態(tài)，LED的亮度直接由調(diào)光旋鈕控制；4)針對各種典型應(yīng)用場合設(shè)計了用戶強制的多段調(diào)光，此時系統(tǒng)工作在開環(huán)狀態(tài)，LED的亮度直接由多路開關(guān)控制。本發(fā)明的核心系統(tǒng)控制方式為上述1)和2)方式?？刂颇K將經(jīng)過模式選擇控制的電壓信號經(jīng)過內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息， 并通過內(nèi)部DPWM電路輸出PWM信號，PWM信號的占空比與感光電壓成比例關(guān)系。多路LED電流驅(qū)動電路實現(xiàn)LED恒流驅(qū)動，其LED的電流大小由Ikef信號設(shè)置。本發(fā)明采用PWM調(diào)光方式，Ikef保持不變，通過PWM信號高低電平的不同，控制驅(qū)動電路的工作狀態(tài)；PWM信號為高電平時，驅(qū)動電路工作，LED上通過由Ikef設(shè)定的電流值；PWM信號為低電平時，驅(qū)動電路不工作，LED上通過電流為零。改變PWM的占空比可以控制一個周期內(nèi) LED導(dǎo)通和關(guān)斷的時間，這樣即可實現(xiàn)調(diào)節(jié)LED發(fā)光強度。升壓電路模塊為LED供電，由多路LED電流驅(qū)動電路反饋的Vfb信號控制其輸出所需的電壓值，以保證LED上通過的電流恒定，實現(xiàn)LED的串聯(lián)發(fā)光，提高系統(tǒng)效率。本發(fā)明的調(diào)光系統(tǒng)中包含了兩個閉環(huán)系統(tǒng)。第一，由光信號、感光模塊、模式選擇模塊、多路LED電流驅(qū)動電路和LED陣列構(gòu)成的閉環(huán)反饋環(huán)路，其目的是實現(xiàn)PWM調(diào)光，以保證在一定的時間內(nèi)，針對環(huán)境光強的變化，實現(xiàn)LED電路系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)光過程，以抑制環(huán)境光強度的變化，實現(xiàn)恒定照度照明；第二，由升壓電路模塊、LED陣列、多路LED電流驅(qū)動電路和Vfb構(gòu)成的閉環(huán)反饋環(huán)路，其目的是實現(xiàn)升壓電路輸出電壓在滿足Ikef的條件下盡可能小，以保證整體電路系統(tǒng)效率最高。由于外界光環(huán)境和模式選擇場合的不同，閉環(huán)系統(tǒng)的反饋系數(shù)將發(fā)生變化，造成了環(huán)路分析和參數(shù)確定的困難，本發(fā)明進行了合理設(shè)計，使得兩個閉環(huán)系統(tǒng)均達(dá)到穩(wěn)定。本發(fā)明的優(yōu)勢主要有以下幾個方面(1)相對于市場上幾乎不存在自適應(yīng)光源，本發(fā)明采用節(jié)能LED，即提高了亮度， 又節(jié)省了電能。(2)相對于市面上絕大多數(shù)的LED燈，本發(fā)明可以實現(xiàn)照度調(diào)節(jié)智能化。(3)本發(fā)明研究的自適應(yīng)LED調(diào)光系統(tǒng)體積小，便攜性非常好，廣泛適用于普通家庭及其他公共場所。(4)本發(fā)明成本低廉，使用方便，便于推廣應(yīng)用及功能擴展。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施方式
僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護范圍。
權(quán)利要求
1.自適應(yīng)LED調(diào)光器，其特征在于包括電源模塊、感光模塊、升壓電路、模式選擇模塊、控制模塊、LED陣列和多路LED驅(qū)動電路；所述電源模塊分別與感光模塊、模式選擇模塊、升壓電路和控制模塊單向連接；所述升壓電路與多路LED驅(qū)動電路雙向連接；所述LED 陣列一端連接升壓電路，另一端連接多路LED驅(qū)動電路；所述模式選擇模塊與控制模塊單向連接。
2.如權(quán)利要求1所述自適應(yīng)LED調(diào)光器，其特征在于所述電源模塊提供感光模塊、升壓電路、模式選擇模塊、控制模塊、LED陣列和多路LED驅(qū)動電路所需電能。
3.如權(quán)利要求1所述自適應(yīng)LED調(diào)光器，其特征在于所述模式選擇模塊利用多路開關(guān)選擇系統(tǒng)多種控制方式，系統(tǒng)多種控制方式為1)自適應(yīng)無級調(diào)光，用戶可以通過無級調(diào)光旋鈕全范圍調(diào)節(jié)所需要的光照度，系統(tǒng)采用反饋控制實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)LED光強，使檢測處的光照度穩(wěn)定在設(shè)定值；2)不同場合選擇檔位調(diào)光，此時系統(tǒng)工作在局部閉環(huán)狀態(tài)， 光強由多路開關(guān)設(shè)置，而反饋回路提供微量調(diào)整，在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)LED光強。
4.如權(quán)利要求1所述自適應(yīng)LED調(diào)光器，其特征在于所述控制模塊將經(jīng)過模式選擇控制的電壓信號經(jīng)過內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，并通過內(nèi)部DPWM電路輸出PWM信號，PWM信號的占空比與感光電壓成比例關(guān)系。
5.如權(quán)利要求1所述自適應(yīng)LED調(diào)光器，其特征在于所述多路LED電流驅(qū)動電路實現(xiàn)LED陣列驅(qū)動，其LED的電流大小由Ikef信號設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自適應(yīng)LED調(diào)光器，包括電源模塊、感光模塊、升壓電路、模式選擇模塊、控制模塊、LED陣列和多路LED驅(qū)動電路；所述電源模塊分別與感光模塊、模式選擇模塊、升壓電路和控制模塊單向連接；所述升壓電路與多路LED驅(qū)動電路雙向連接；所述LED陣列一端連接升壓電路，另一端連接多路LED驅(qū)動電路；所述模式選擇模塊與控制模塊單向連接。本發(fā)明的優(yōu)勢主要有以下幾個方面照度調(diào)節(jié)智能化，更大程度發(fā)揮了LED照明的節(jié)能優(yōu)勢；充分利用自然光源，可實現(xiàn)恒定照度輸出；自適應(yīng)LED調(diào)光系統(tǒng)體積小，便攜性優(yōu)。
文檔編號H05B37/02GK102355782SQ20111030035
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者李鳳霞, 王勝磊, 耿莉, 范世全, 陳雷鋮, 高源 申請人:西安交通大學(xué)