一种可顺滑切换调光控制模式的电路及其切换方法与流程

1.本发明属于led照明领域，特别涉及一种可顺滑切换调光控制模式的电路及其切换方法。


背景技术：

2.一般的照明灯按运用分类可粗略分为舞台灯、景观照明灯和通用照明灯，其中的通用照明灯按发光特性有可简单分为白炽灯、荧光灯、卤素灯、led灯等，而led灯已成为当前最主流和广泛使用的通用照明产品。led灯所用的led(发光二极管)灯珠在施加一定的直流电压和通过一定的直流电流时会发光，发光亮度随通过led的电流大小而变。鉴于led的半导体特性，在施加工作电压不变的前提下，led的工作电流会工作温度而改变，且温度越高电流越大(亮度越高)、电流越大温度越高的恶性循环状况。为了稳定led灯珠的工作状态，必须对led的工作电流进行限制，由此有了串联电阻限流、线性有源器件限流和用开关型恒流驱动芯片搭接外围元件实现恒流限流的技术，其中开关型恒流驱动电路具有恒流、能效比高、发热量小的特点而获得最为广泛的使用，在通用照明产品中使用比例尤其高，但开关型恒流驱动电路同时也带来电磁噪声强、电路复杂成本高的问题。
3.随着时代变迁和技术发展，可调光的智能led照明灯正逐步取代原先不可调光的传统led照明灯，致使led灯珠的工作电流必须能宽范围地被调整且在调整后又能维持恒流以保持特定的亮度和限定工作温升，因此新的可调光开关型恒流驱动电路必须可通过mcu(单片机)产生的宽范围调光控制信号进行led工作电流的调控，且须具备好的调光线性、顺滑的调光变化、电感噪声小的特性。
4.当前智能led照明技术运用中，绝大多数led灯的驱动电源(简述灯驱电源)所采用的可调光led开关型恒流驱动芯片具备一个或多个标为“dim”的调光控制信号输入引脚，多数的开关型恒流驱动芯片可自动判别加到dim脚的控制信号的电压幅值，自动在模拟调光工作模式或在pwm调光工作模式之间切换。
5.模拟调光工作模式：当控制信号v
dim
的电压幅值小于某个电压值时，恒流驱动芯片识别为受模拟信号控制调光，因此这时的控制信号必须保持为模拟直流电压信号。led的工作电流随v
dim
的大小变化而呈一定线性改变；当v
dim
的电压幅值低至某个电压值时，led的工作电流降到低至可发光的最低值(一般为最大电流的5％-10％)，其后再降低v
dim
的电压值，led灯熄灭。pwm调光工作模式：当v
dim
的电压幅值大于某个电压值时，恒流驱动芯片识别为受pwm信号控制调光，因此这时的控制信号必须保持为pwm脉冲信号；led灯的工作电流随pwm信号的占空比变化而线性改变；当pwm信号的占空比很小时(一般可低于1％，特别芯片可低至0.01％)或为0时，灯熄灭。混合调光工作模式：混合模拟信号和pwm信号，使加到dim的调光控制信号在高、中亮度(大、中led电流)时为模拟信号，在低亮度(小led电流)时为pwm信号。
6.模拟调光工作模式：采用模拟信号控制调光，其优点是容易获得顺滑的调光渐变、无储能电感的“吱吱”高频噪声；缺点是不易获得好的调光线性以及调光范围较窄无法实现
低亮度调光。pwm调光工作模式：采用pwm脉冲信号(间或采用pfm或两种结合方式实现调光渐变)控制调光，优点是可获得很好的调光线性、调光范围很宽可获得低亮度调光；缺点是：因灯驱电路中串接的led特性和led灯珠的个数不同，不容易获得各种亮度下的顺滑调光渐变；所用的储能电感极易出现和pwm信号同频的“吱吱”高频噪声；手机或摄像机拍视频时容易出现网纹。
7.为解决上述缺点，目前业界普遍采用提高pwm脉冲信号的工作频率(比如最高到20khz)来实现，致使pwm信号在最小占空比时其脉宽变为极窄(假如分1024等级可调，最小脉宽则变为仅有48.8ns),这增加了恒流驱动芯片的设计和生产的难度，还增大了电磁辐射干扰以及带来更挑战的线路板设计难度；同时pwm脉冲信号的工作频率提高并不能彻底解决其所用储能电感的“吱吱”高频噪声，某些好听力的人依然可以听见，导致必须将储能电感加以浸漆并烤漆处理，这增加了技术难度和加工成本，但即使这样在高功率大电流的led灯驱电源的运用中，依然无法消除所用储能电感的“吱吱”高频噪声，如何消除储能电感的“吱吱”高频噪声已成了困扰业界多年的大难题。


技术实现要素：

8.针对上述问题，本发明提供一种可顺滑切换调光控制模式的电路，包括：调光模式切换电路；可调光控制的led降压恒流驱动电路；所述调光模式切换电路包括：mcu；与所述mcu相连接的运算放大器u1，及设置在所述mcu和运算放大器u1外围的电阻r1、r2、r3、r4、r5及电容c1；其中，所述mcu通过两个gpio口输出pwm1调光脉冲信号和pwm2调光脉冲信号，所述r1、c1为一阶rc滤波器，可对pwm1调光脉冲信号进行滤波产生低纹波的直流信号并通过r2输入到运算放大器u1的同相输入端；所述r3、r2构成分压电路使pwm2调光脉冲信号能有效输入到运算放大器u1的同相输入端；所述r4、r5构成运算放大器u1输出的负反馈分压电路，反馈信号输入到运算放大器u1的反相输入端；
9.所述可调光控制的led降压恒流驱动电路包括：后级可调光控制的led降压恒流驱动芯片，及其周围相应元件所构成的恒流驱动电路；所述led降压恒流驱动芯片的dim脚可接受模拟调光信号和pwm调光信号，根据控制信号vo电压幅值的高低，所述led降压恒流驱动芯片会自动切换其模拟调光或pwm调光的工作模式。
10.优选的，所述pwm1调光脉冲信号为高亮度和中亮度所需的调光信号，其占空比随调光要求而变化；所述pwm1调光脉冲信号v1经过r1、c1形成的一阶rc滤波器形成较小纹波的直流信号v3，再经运算放大器u1和r4、r5电路后成为所述后级led恒流驱动芯片所需的模拟调光控制信号vo。
11.优选的，在所述r4、r5的参数取值满足当所述pwm1调光脉冲信号的占空比为最大时，所述运算放大器u1输出的模拟调光控制信号vo的电压幅值可确保所述后级led恒流驱动芯片工作在模拟调光模式。
12.优选的，所述pwm2调光脉冲信号v2的占空比是随调光所需而变的脉冲信号；
13.在led工作在高亮度、中亮度时，所述mcu的pwm2调光脉冲信号设为无输出，只有当所述pwm1调光脉冲信号的占空比低于某个阈值时，所述mcu才输出所述的pwm2调光脉冲信号。
14.优选的，所述mcu输出的pwm1调光脉冲信号v1经rc滤波后产生随pwm1调光脉冲信
工作噪声变得很小甚至完全不可被听见，从而解决了恼人的工作噪声，提高了led驱动电源的品级。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1示出了本发明实施例可顺滑切换调光控制模式的电路的电路图；
27.图2示出了本发明实施例调光控制模式电路的切换方法的流程图。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本发明实施例中提供了一种可顺滑切换调光控制模式的电路，包括：调光模式切换电路(如图1的方框a所示)、连接在所述调光模式切换电路上的可调光控制的led降压恒流驱动电路(如图1的方框b所示)构成。
30.具体的，调光模式切换电路由可接受远程调光控制的mcu(单片机)、运算放大器u1和其外围电阻r1、r2、r3、r4、r5和电容c1构成。其中所述mcu通过两个gpio口输出相同或不同的pwm1调光脉冲信号和pwm2调光脉冲信号，r1、c1为一阶rc滤波器，可对pwm1调光脉冲信号进行滤波产生低纹波的直流信号并通过r2输入到运算放大器u1的同相输入端；r3、r2构成分压电路使pwm2调光脉冲信号能有效输入到运算放大器u1的同相输入端；r4、r5构成运算放大器u1输出的负反馈分压电路，反馈信号输入到运算放大器u1的反相输入端。
31.led降压恒流驱动电路包括led降压恒流驱动芯片；所述led降压恒流驱动芯片的dim脚可接受模拟调光信号和pwm调光脉冲信号输入，并根据控制信号vo电压幅值的高低，会自动切换模拟调光或pwm调光工作模式。图1所示的电感l为本方案所述的恒流驱动电路所常用的储能电感元件。
32.本实施例中的电路采用了通过mcu的两个gpio口产生pwm1和pwm2调光脉冲信号，其中所述pwm1调光脉冲信号为高亮度和中亮度所需的调光信号，其占空比随调光要求而变化，所述pwm1调光脉冲信号v1经过r1、c1形成的一阶rc滤波器形成较小纹波的直流信号v3，再经运算放大器u1和r4、r5电路后成为后级led恒流驱动芯片所需的模拟调光信号vo。r4、r5的参数取值满足当所述pwm1调光脉冲信号的占空比为最大时，所述运算放大器u1输出的模拟调光信号vo的电压幅值可确保后级led恒流驱动芯片工作在模拟调光模式。
33.所述pwm1调光脉冲信号v1为占空比随调光所需而调整的脉冲信号，其在全段调光范围内都有输出。所述pwm2调光脉冲信号v2的占空比同样是随调光所需而变的脉冲信号，所述mcu的pwm2输出脚在高亮度、中亮度(led工作电流较大)时设为无输出，只有当所述pwm1调光脉冲信号的占空比低于某个数值时(比如为15％)，所述mcu的pwm2引脚才会有所
述pwm2调光脉冲信号输出。所述pwm2调光脉冲信号既为低亮度时的调光信号也是后级led恒流驱动芯片进入模拟调光或pwm调光工作模式的切换信号。
34.所述pwm1、pwm2调光脉冲信号可以相同或不同，不论在逐渐减小或增加led亮度的调控中，所述pwm2调光脉冲信号的输出时点都可以仅通过软件精准和自由地控制，从而使调光顺滑渐实现变得更为容易，摒除了频繁改变元件参数并调测的繁琐，也更利于和不同厂家不同型号的后级led恒流驱动芯片匹配。
35.在另外一些实施例中，所述mcu输出的pwm1调光脉冲信号v1经rc滤波后产生随pwm1占空比而变的直流信号v3，所述直流信号v3和pwm2调光脉冲信号v2可分别通过不同通路送到运算放大器u1的同相输入端；当所述mcu不输出pwm2调光脉冲信号v2时，所述直流信号v3经电阻r2可被送到所述运算放大器u1的同相输入端，当所述mcu输出pwm2调光脉冲信号v2时，所述直流信号v3受pwm2调光信号的出现而被抑制，仅有pwm2调光信号被有效送到运算放大器u1的同相输入端；运算放大器u1的输出端产生随所述直流信号v3或随所述pwm2调光脉冲信号v2而变的复合信号vo，所述信号vo被送至所述后级led恒流驱动芯片的dim输入端，并成为所述后级led恒流驱动芯片是否处于模拟调光或pwm调光工作模式的控制信号。
36.所述电路的c2为小容量电容以抑制pwm2调光脉冲信号v2出现或停止瞬间可能出现的va电压瞬变；所述pwm1调光脉冲信号v1和pwm2调光脉冲信号v2可以为相同或不同的信号。
37.值得说明的是，本实施例中的mcu可以为单纯功能的mcu也可为兼带其它功能(如带无线接收功能)的mcu；所述将pwm1调光脉冲信号转变为直流信号的rc滤波电路可以为一阶rc电路也可为二阶rc电路；所述pwm2调光脉冲信号可以通过r3送到运算放大器u1的同相输入，也可通过三极管或mosfet管构成的其它电路送到运算放大器u1的同相输入；所述运算放大器u1的输出vo信号可直接输出或通过其它元件构成的电路输出给后级led恒流驱动芯片的dim输入脚；后级led恒流驱动芯片可以为降压或升压led恒流驱动芯片且不限定电路的拓扑结构。
38.所述电路可由多个分立元件构成，也可以将所述电路集成后成为mcu或后级led降压恒流驱动芯片的一部分电路，或经集成后成为某种独立芯片的部分或全部电路。
39.如图2所示，本发明实施例中还提出一种调光控制模式电路的切换方法，包括如下步骤：
40.当pwm2无信号输出时，va＝v3，v3为pwm1调光脉冲信号通过r1、c1滤波后的低纹波直流电压，v3电压值随pwm1调光脉冲信号的占空比改变而变，通过调节pwm1调光脉冲信号的最大占空比和r4、r5值可控制运算放大器u1输出信号vo的幅值，可确保后级led恒流驱动芯片工作在模拟调光模式；
41.当变暗调光且led灯输出低于一定的亮度时，pwm1调光信号的占空比会低于某个值，所述mcu开始输出pwm2调光信号v2，r3、r2参数经特别选择可使va的电压的高、低幅值约等于pwm2调光信号v2的电压高、低幅值而为脉冲信号，va约等于v2，所述运算放大器的输出vo由模拟信号切换为脉冲信号，进而使所述后级led恒流驱动芯片瞬间由原来受直流信号v3控制的模拟调光工作模式切换到受pwm2调光信号v2控制的pwm调光工作模式；
42.当变亮调光且led灯输出超过一定的亮度时，pwm2调光信号停止输出，其所述后运
算放大器u1的同相输入端va＝v3，运算放大器u1的输出vo切换为受pwm1调光信号转换的直流信号v3控制，vo由脉冲信号变为直流信号，进而使所述后级led恒流驱动芯片瞬间由受pwm2调光信号v2控制的pwm调光工作模式切换回受直流信号v3控制的模拟调光工作模式。
43.在本实施例中，不采用特定电子开关做模拟调光和pwm调光工作模式的切换元件，提高了模拟调光和pwm调光工作模式的切换速度和切换顺畅度。融合了模拟调光和pwm调光的优点：
44.在高、中亮度(led工作电流大)时，所述led恒流驱动电路工作在模拟调光模式，可获得更好的调光顺滑度和消除储能电感的工作噪声。
45.在低亮度(led工作电流小)时，所述后级led恒流驱动电路工作在pwm调光工作模式，扩展了模拟调光无法实现的调光范围，也更好地弥补了人眼在低亮度时因视觉特性变为更敏感所需的调光线性；
46.在低亮度(led工作电流小)时，所述后级led恒流驱动电路电路工作在pwm调光工作模式，所述储能电感因工作电流小而产生“吱吱”工作噪声变得很小甚至完全不可被听见，从而解决了恼人的工作噪声，提高了驱动电源的品级。
47.在可获得顺滑调光的前提下，用作调光控制的pwm信号的工作频率可以显著降低，恒流驱动芯片不须采用高频率的pwm调光控制信号，减小了对芯片技术的依赖，也降低了pcb板设计和电磁辐射控制的难度。
48.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种可顺滑切换调光控制模式的电路，其特征在于，包括：调光模式切换电路；可调光控制的led降压恒流驱动电路；所述调光模式切换电路包括：mcu；与所述mcu相连接的运算放大器u1，及设置在所述mcu和运算放大器u1外围的电阻r1、r2、r3、r4、r5及电容c1；其中，所述mcu通过两个gpio口输出pwm1调光脉冲信号和pwm2调光脉冲信号，所述r1、c1为一阶rc滤波器，可对pwm1调光脉冲信号进行滤波产生低纹波的直流信号并通过r2输入到运算放大器u1的同相输入端；所述r3、r2构成分压电路使pwm2调光脉冲信号能有效输入到运算放大器u1的同相输入端；所述r4、r5构成运算放大器u1输出的负反馈分压电路，反馈信号输入到运算放大器u1的反相输入端；所述可调光控制的led降压恒流驱动电路包括：后级可调光控制的led降压恒流驱动芯片，及其周围相应元件所构成的恒流驱动电路；所述led降压恒流驱动芯片的dim脚可接受模拟调光信号和pwm调光信号控制，根据控制信号vo电压幅值的高低，所述led降压恒流驱动芯片会自动切换其模拟调光或pwm调光的工作模式。2.根据权利要求1所述的一种可顺滑切换调光控制模式的电路，其特征在于，所述pwm1产生led工作在高亮度和中亮度所需的调光信号，其信号占空比随调光要求而变化；所述pwm1的脉冲信号v1经过r1、c1形成的一阶rc滤波器形成较小纹波的直流信号v3，再经运算放大器u1和r4、r5电路后成为所述后级led恒流驱动芯片所需的模拟调光控制信号vo。3.根据权利要求2所述的一种可顺滑切换调光控制模式的电路，其特征在于，在所述r4、r5的参数取值满足当所述pwm1调光脉冲信号的占空比为最大时，所述运算放大器u1输出的模拟调光控制信号vo的电压幅值可确保所述后级led恒流驱动芯片工作在模拟调光模式。4.根据权利要求3所述的一种可顺滑切换调光控制模式的电路，其特征在于，所述pwm2调光脉冲信号v2的占空比是随调光所需而变的脉冲信号；在led工作在高亮度、中亮度时，所述mcu的pwm2调光脉冲信号设为无输出，只有当所述pwm1调光脉冲信号的占空比低于某个阈值时，所述mcu才输出所述的pwm2调光脉冲信号。5.根据权利要求4所述的一种可顺滑切换调光控制模式的电路，其特征在于，所述mcu输出的pwm1调光脉冲信号v1经rc滤波后产生随pwm1调光脉冲信号的占空比而变的直流信号v3，所述直流信号v3和pwm2调光脉冲信号v2可分别通过不同通路送到运算放大器u1的同相输入端。6.根据权利要求5所述的一种可顺滑切换调光控制模式的电路，其特征在于，当所述mcu不输出pwm2调光脉冲信号v2时，所述直流信号v3经电阻r2可被送到所述运算放大器u1的同相输入端。7.根据权利要求5所述的一种可顺滑切换调光控制模式的电路，其特征在于，当所述mcu输出pwm2调光脉冲信号v2时，所述直流信号v3受pwm2调光脉冲信号的出现而被抑制，仅有pwm2调光脉冲信号被有效送到运算放大器u1同相输入端。8.根据权利要求5所述的一种可顺滑切换调光控制模式的电路，其特征在于，所述运算放大器u1的输出端产生随所述直流信号v3或随所述pwm2调光脉冲信号v2而变的复合信号
vo，所述信号vo被送至所述后级led恒流驱动芯片的dim输入端，并成为所述后级led恒流驱动芯片是否处于模拟调光或pwm调光工作模式的控制信号。9.一种调光控制模式电路的切换方法，其特征在于，包括如下步骤：当无pwm2调光脉冲信号输出时，va＝v3，v3为pwm1调光脉冲信号通过r1、c1滤波后的低纹波直流电压，v3电压值随pwm1调光脉冲信号的占空比改变而变，通过调节pwm1调光脉冲信号的最大占空比和r4、r5的参数值可控制运算放大器u1输出信号vo的幅值，确保所述后级led恒流驱动芯片工作在模拟调光模式；当变暗调光且led灯输出低于一定的亮度时，pwm1调光脉冲信号的占空比会低于某个值，所述mcu开始输出pwm2调光脉冲信号v2，r3、r2参数经特别选择可使va的电压的高、低幅值约等于pwm2调光脉冲信号v2的电压高、低幅值而为脉冲信号，va约等于v2，所述运算放大器u1的输出vo由模拟信号切换为脉冲信号，进而使所述后级led恒流驱动芯片瞬间由原来受直流信号v3控制的模拟调光工作模式切换到受pwm2调光脉冲信号v2控制的pwm调光工作模式；当变亮调光且led灯输出超过一定的亮度时，pwm2调光脉冲信号停止输出，其所述后运算放大器u1的同相输入端va＝v3，运算放大器u1的输出vo切换为受pwm1调光脉冲信号转换的直流信号v3控制，vo由脉冲信号变为直流信号，进而使所述后级led恒流驱动芯片瞬间由受pwm2调光脉冲信号v2控制的pwm调光工作模式切换回受直流信号v3控制的模拟调光工作模式。

技术总结
本发明涉及LED照明领域，特别涉及一种可顺滑切换调光控制模式的电路及其切换方法，充分利用运算放大器U1电路的特性，结合当前常用和低成本的单片机和调光恒流驱动芯片的技术特点，不采用特定电子开关作为模拟调光和PWM调光工作模式的切换元件，实现常用调光恒流驱动芯片的模拟调光和PWM调光工作模式的快速顺畅切换；使不同功率输出的LED恒流驱动电源都有宽范围的顺滑调光渐变特性，并获得非常低甚至可消除储能电感的“吱吱”高频噪声；在可获得顺滑调光的前提下，用作调光控制的PWM信号的工作频率可以显著降低，恒流驱动芯片不须采用高频率的PWM调光控制信号，减小了对芯片技术的依赖，也降低了PCB板设计和电磁辐射控制的难度。难度。难度。


技术研发人员：郑文忠
受保护的技术使用者：深圳市奥金瑞科技有限公司
技术研发日：2023.02.02
技术公布日：2023/7/12