柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法技术

本发明专利技术涉及一种柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法,包括如下步骤，设置调控电路来控制开关器件导通和截止，开关器件控制LED灯的开和关；开关器件每导通和截止各一次，被视为是一个PWM周期；将连续多个PWM周期作为一个调整周期，每一个调整周期至少包含两组各自拥有不同的脉冲宽度占空比的PWM周期，每一个调整周期作为调整LED灯调光过程中的一个调光点；多个调整周期形成了多个调光点。本发明专利技术PWM供电方法能让流过LED灯的电流很容易实现连续变化，调控电路的主频率不用很高，从而真正实现LED灯的无级调光，不会在LED灯调光过程中某一瞬间出现亮度阶跃跳变的不良现象。

A PWM power supply method for controlling the brightness of LED light

The invention relates to a method and PWM power control LED lamp brightness, which comprises the following steps: setting the control circuit to control the switch and cut-off switch device, control LED lights on and off; each switching device turn-on and turn off each time, is regarded as a continuous multi PWM cycle; a PWM cycle as a period of adjustment, each adjustment cycle contains at least two groups each have a pulse width for PWM cycle is different, every adjustment cycle as an adjustable spot adjustment LED lamp dimming process; a plurality of adjustment cycle is formed with a plurality of adjustable spot. The PWM power supply method of the invention can make the current flowing through the LED lamp easily change continuously, and the main frequency rate of the regulating circuit is not very high, so that the LED lamp's stepless dimming can be truly realized, and there will be a bad jump phenomenon of brightness step at a certain time in the process of LED lamp dimming.

【技术实现步骤摘要】
柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法
本专利技术涉及用于一般电光源的电路装置,特别是涉及所述电路装置的控制,尤其是涉及控制LED驱动电路以实现柔滑调节光源亮度的方法。所述LED是英文LightEmittingDiode的缩写，中文意思是“发光二极管“。
技术介绍
近年来，LED作为一种节能环保产品,应用越来越广泛，例如用于普通电照明、标志牌和信号灯，以及用于显示和/或告示面板和电视屏幕的背光源等等。LED驱动电路被用于为LED提供电源。LED的特性是要求恒流驱动，LED灯驱动电路包括电隔离的恒流驱动电路和非隔离的恒流驱动电路。非隔离的恒流驱动电路其电源端和负载端并不在电位上互相隔离，但由于其电压变换效率高、成本低和产品集成度高，在小功率LED灯应用中有很大的优势。参见图8，是一种已经使用很多年的、非隔离的DC-DC降压变换电路，也称作Buck转换电路，该图中的LED灯可以是单个LED灯珠，也可以是多个LED串联，或者是多个LED串联后再并联。所述DC-DC降压变换电路包括半导体开关器件、二极管D1、电感L1和作为负载的LED灯，所述开关器件采用场效应晶体管Q1，它们构成了最简单的直流斩波电路，用以对直流供电源VDD实施脉冲宽度调制PWM。改变所述电路中开关器件Q1的导通时间和∕或截止时间，都能改变流过LED灯的平均电流值。截止时间和电感L1释放磁场能量有关，必须在电感L1所充入的磁场能量释放至接近零时，令场效应管Q1饱和导通，该场效应管Q1的开关损耗才比较小，这就是谷底开关模式。在图8中，在LED灯两端还并联有滤波电容C1，其作用是滤波，该滤波电容C1能让LED灯的电流纹波更小，设置滤波电容C1的电容量大，也可使流过LED灯的电流很平滑。在图8的DC-DC降压变换电路中，控制场效应管Q1导通和截止的信号是二进制的数字量，场效应管Q1开∕关的最小时间间隔受到控制其工作的集成电路或分立电路的主频率限制，不像图9的非隔离恒流驱动电路那样，依靠采样电阻R99上、正比例于流经LED灯的平均电流I的模拟电压信号Vfee反馈至比较环节，取误差值做直接控制，也就是非量化的模拟控制方式。参见图9，现有技术非隔离恒流驱动电路基本上是，将运算放大器OA用作比较器99，将采样流经LED灯的平均电流I降落在采样电阻R99上的模拟电压Vfee，同预先设定的参考电压Vref在所述比较器99上做减法运算，取其输出的逻辑信号H（高电平）或L（低电平）输入逻辑控制电路98做逻辑判断，并借助栅极驱动电路来控制开关器件Q1导通或截止而达到恒流的目的。这种非隔离恒流驱动电路之最大峰值电流IP的导通时间是通过采样电阻R99来直接控制的，是连续的模拟量，这个非隔离恒流驱动电路的导通时间和逻辑控制电路98的主频率f高低关系不大。控制电路的主频率f越高，开关器件最小导通时间和截止时间的间隔，也就是电路的PWM调制周期越短。对图8的数字控制电路来说，根据经验公式U˙TON=L˙IP，其中U是输入电压VDD和LED灯电压降的差值，单位是伏；TON是场效应管Q1的导通时间，单位是秒；L是电感L1的电感量，单位是亨；IP是LED灯导通时的峰值电流，单位是安培；控制场效应管Q1的时间精度越高，也就是Q1导通和截止时间的间隔越小，则电流调节精度越高。对应来说，数字控制电路中的智能芯片之主频率f就必须越高。智能芯片的主频率f越高，通常是其耗电越多，成本也越高。根据经验公式U˙TON=L˙IP，把电感量变大也可以提高电流精度，但在同样的饱和电流情况下，电感量越大，则电感的体积越大，成本也越高。图10是场效应管Q1导通时间和截止时间同时改变，即占空比λ不变的峰值电流IP随时间t变化的关系示意图，其时峰值电流IP是在临界模式，该临界模式又称BCM模式，是指关闭图8的场效应管Q1，电感L1的电流由峰值到零时，立刻打开场效应管Q1的工作模式。其中0至t1时间为1微秒，是图8中场效应管Q1的最小导通时间，最小峰值电流IP为100毫安；t1至t2是图8中场效应管Q1的截止时间TOFF；由于最小导通时间TON为1微秒，导通时间增加而占空比不变，则TON必然是以1微秒的量级阶跃增长；所以，峰值电流IP就是以100毫安的量级阶跃增高。图11也是导通时间和截止时间同时改变，即占空比λ不变的峰值电流IP随时间t变化的关系示意图，其工作主频率f是图10中的4倍，最小导通时间是0.25微秒，最小峰值电流IP的阶跃量ΔI是25毫安，其电流精度也是图10的4倍，电流的连续性好了许多。图12是流经LED灯的平均电流IAV随时间t变化的关系示意图。其最小导通时间TON为1微秒，对应最小平均电流IAV的阶跃量ΔIAV为50毫安。图13也是流经LED灯的平均电流IAV随时间t变化的关系图，其频率是图12中频率f的4倍，最小导通时间TON为0.25微秒，最小平均电流IAV的阶跃量ΔIAV为12.5毫安；其平均电流IAV的阶跃量ΔIAV是图12的四分之一，电流的连续性好了很多。假设图8的电路工作在临界模式，即BCM模式，是指关闭场效应管Q1，电感L1的电流由峰值到零时，立刻打开场效应管Q1的工作模式，LED灯的电压降为80V，所用电感L1为4毫亨，控制电路中智能芯片之主频率为1兆赫，输入电压为320伏。那么根据经验公式IAV=U˙TON∕2L，主频率1兆赫，则最小时间间隔是1微妙，可以算出最小平均电流IAV为30毫安；如果图8的电路输出功率是24瓦，那么LED灯输出的平均电流就是300毫安；用临界模式来调节LED灯的电流，则电流的变化是阶跃性的，10%的电流跳变表现为明显的肉眼可见的亮度跳变。如果周期不变，占空比λ变小，那么平均电流的变化量会小一点，但还是会有明显的肉眼可见的亮度跳变；如果导通时间不变，改变截止时间，那么平均电流的变化量还会更小一些，但是还会有肉眼可见的亮度跳变。提高数字控制电路中智能芯片的主频率，可以缩小时间间隔，那最小电流变化量会更小，以上面80伏LED灯输出电流300毫安为例，把数字控制电路中智能芯片的主频率提高到32兆赫或者更高，让最小电流变化量更小，那么大多数情况下的调整电流变化造成的亮度变化是平滑的，没有肉眼可见的跳变，但是由于电感L1和LED灯电压降之间的谐振作用，在某些电流段，还是会发生如图14那样导通时间增加最小单位，电流突然增加很多的电流跃变。在图14的时间t1点处，导通时间由6微秒增加到7微秒，其电流增幅ΔIt1远大于正常的电流增幅ΔInor；而在时间t2点附近，电流增幅ΔIt2要小于正常的电流增幅ΔInor；调光时就会有一段能连续平滑调光，来到某个点突然亮度跳变的不良现象。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法，在LED灯调光过程中,能让流过LED灯的电流很容易实现连续变化，而且调控电路的主频率不用很高，就能使LED灯的平均电流IAV从小到大平滑过渡或者是从大到小平滑过渡，从而真正实现LED灯的无级调光，不会在LED灯调光过程中某一瞬间出现亮度阶跃跳变的不良现象。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：一种柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法,基于包括半导体开关器件、储本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法，基于包括半导体开关器件（300）、储能电感L1和续流二极管D1的非电位隔离的降压变换电路，由调控电路（200）控制所述开关器件（300）导通和截止,为LED灯供电并完成调光和恒流控制；所述PWM供电方法包括如下步骤：① 基于所述调控电路（200）的主频率fMAIN ,所述开关器件（300）每导通和截止各一次，被视为是一个PWM周期TPWM，其导通时间即脉冲宽度W和截止时间即所述PWM周期TPWM内的空余时间,分别被记作TON和TOFF，并且将所述脉冲宽度W的占空比记作λ＝TON∕TPWM ，显然，TPWM＝TON + TOFF;② 由连续k个PWM周期TPWM ，其中至少包含两组各自拥有不同的所述脉冲宽度占空比λ1和λ2的PWM周期，它们构成所述LED灯光的一个调整周期TADJ ＝k*TPWM ,可将其视作为调整LED灯调光过程中的一个调光点；多个调整周期就形成多个调光点；式中k≥2,是自然数；③要使所述LED灯由暗柔滑变亮时，由所述调控电路（200）发出指令，使得所述开关器件（300）的导通和截止在每一个调整周期TADJ ＝k*TPWM 内，其脉冲宽度占空比λ＝TON∕TPWM至少有一次更迭，即从λ1更迭为λ2 ，或反之，并且使所述各占空比λ1和/或λ2从小逐渐增大；④ 要使正在发光的所述LED灯由亮柔滑变暗时，仍由所述调控电路（200）发出指令，使得所述开关器件（300）的导通和截止在每一个调整周期TADJ ＝k*TPWM 内，其脉冲宽度占空比λ＝TON∕TPWM仍然至少有一次更迭，即从λ1更迭为λ2 ，或反之，并且使所述各占空比λ1和/或λ2从大逐渐减小；而当所述各占空比λ1和λ2减至零时，于是流经所述LED灯的平均电流值IAV‑LED＝IAV‑ADJ＝0，此时所述LED灯熄灭，其中IAV‑ADJ表示每一个调整周期的平均电流值；⑤ 如果不需要温柔地熄灯，可以不实施步骤④，由所述调控电路（200）发出指令，或由操作人员直接切断供电源VDD , 所述LED灯立即熄灭。...

【技术特征摘要】
1.一种柔滑控制LED灯光亮度的PWM供电方法，基于包括半导体开关器件（300）、储能电感L1和续流二极管D1的非电位隔离的降压变换电路，由调控电路（200）控制所述开关器件（300）导通和截止,为LED灯供电并完成调光和恒流控制；所述PWM供电方法包括如下步骤：①基于所述调控电路（200）的主频率fMAIN,所述开关器件（300）每导通和截止各一次，被视为是一个PWM周期TPWM，其导通时间即脉冲宽度W和截止时间即所述PWM周期TPWM内的空余时间,分别被记作TON和TOFF，并且将所述脉冲宽度W的占空比记作λ＝TON∕TPWM，显然，TPWM＝TON+TOFF;②由连续k个PWM周期TPWM，其中至少包含两组各自拥有不同的所述脉冲宽度占空比λ1和λ2的PWM周期，它们构成所述LED灯光的一个调整周期TADJ＝k*TPWM,可将其视作为调整LED灯调光过程中的一个调光点；多个调整周期就形成多个调光点；式中k≥2,是自然数；③要使所述LED灯由暗柔滑变亮时，由所述调控电路（200）发出指令，使得所述开关器件（300）的导通和截止在每一个调整周期TADJ＝k*TPWM内，其脉冲宽度占空比λ＝TON∕TPWM至少有一次更迭，即从λ1更迭为λ2，或反之，并且使所述各占空比λ1和/或λ2从小逐渐增大；④要使正在发光的所述LED灯由亮柔滑变暗时，仍由所述调控电路（200）发出指令，使得所述开关器件（300）的导通和截止在每一个调整周期TADJ＝k*TPWM内，其脉冲宽度占空比λ＝TON∕TPWM仍然至少有一次更迭，即从λ1更迭为λ2，或反之，并且使所述各占空比λ1和/或λ2从大逐渐减小；而当所述各占...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖志军，
申请(专利权)人：肖志军，
类型：发明
国别省市：广东,44