适用于LED调光的动态恒流控制方法及系统与流程

适用于led调光的动态恒流控制方法及系统
技术领域
1.本发明涉及led技术领域，尤其涉及一种适用于led调光的动态恒流控制方法及系统。


背景技术：

2.现有技术中，目前的led调光一般有两种：1.斩波调光：即调光pwm信号直接控制dc/dc的使能脚。当调光目标较亮时(即pwm占空比较大时)，dc/dc工作/待机的占空比较大，输出电流的百分比相应较高。斩波调光的问题主要是频闪和纹波。为了输出电流精度，一般斩波频率至少是dc/dc开关频率的1/20或以下。而一般照明应用里dc/dc的开关速度不会超过300k，所以斩波频闪造成的音频问题和高速摄像机的水纹波问题无法避免。2.直流调光：一般由环路实现。将采样得到的电感平均电流和基准电流接入ea，环路调整占空比使得电感平均电流逼近基准电流。环路直流调光的问题主要是响应时间和调光台阶感(平滑度)之间的矛盾问题。为了优化调光的平滑度，一般环路的响应速度都会做的比较慢，但于此带来的问题就是响应时间过长。例如调光目标从10％改到90％以后，真正的led电流要几百ms甚至秒级才能真正达到90％。目前开始兴起的数字dali调光对响应时间有比较严格的规定，因此这个矛盾日益突出。
3.一般认为人眼的光敏感度为2％，即当前光强2％以内的变化不会感知“台阶”。因此现有技术中通常会将调光值分为多个台阶，并设定每个台阶的调光幅度不超过2％，由此消除人眼对光强变化的敏感度。但是同时人眼对光强的变化除了对光强幅度变化的敏感外，对某一光强所停留时长同样敏感，人眼对光变化时间的敏感度大概是100hz，即100hz以上(小于等于10ms)的变化率，人眼会自动“过滤”并“连接”起来。但实际情况中，用于输出调光电流模拟曲线的数字滤波器的时间常数有事无法满足上述要求，特别是当台阶数量较少(调光幅值较小)，且响应时间较长时，很难做到每个调节台阶的停留时间控制在10ms已下。
4.由此可见，目前急需一种能够同时兼顾调光响应时间及调光平滑度的动态恒流控制方法。


技术实现要素：

5.本发明所要实现的技术目的在于提供一种适用于led调光的动态恒流控制方法，依靠所述方法实现同时兼顾调光响应时间及调光平滑度，即在使用例如dali调光协议下，能够同时实现快速响应以及更佳的调光平滑度。
6.本发明通过数字接口的方式，对数字滤波器的滤波时间进行设定，使得dali mcu上位机可以对数字滤波器内部的时间常数进行实时配置，从而实现满足不同dali响应时间(fade time)设定的要求。这一点在之前非智能化的dc/dc产品中是无法做到的。
7.本发明中当上位机或控制主机基于例如dali等调光协议向数字滤波芯片输出调光信号时，所述上位机或控制主机会根据调光值的幅度变化，逐级输出目标光强，前一级目标光强与后一级目标光强之间即形成调光台阶。例如当前光强为10％，上位机或控制主机
要将光强调整为90％时，上位机或控制主机可以以2％的步进幅度从10％逐级调整至90％，即第一级为12％、第二级为14％、第三级为16％、第四级为18％、第五级为20％、
……
、以此类推。通过形成40个调光台阶将光强从10％调整为90％。
8.在上述上位机或控制主机在向数字滤波器逐级输出调光台阶时，所述上位机或控制主机或控制主机同时要求了该调光过程的响应时间，例如，根据dali调光协议，如果上述将光强从10％调整为90％的过程规定的响应时间为1s，则可知每个调光台阶的保留时间将达到25ms，这就超出了人眼对光强保持时间10ms的限制，导致上述调光过程的平滑度变差。
9.本发明通过改变数字滤波器的时间常数，为数字滤波器设置多个可选择的时间常数档位，使得数字滤波器在对上述每一个调光台阶变化进行处理时，达到再次对调光台阶进行细分的效果，从而保证细分后的调光台阶的每一个台阶的停留时长均控制在10ms之下。
10.基于上述技术目的，本发明提供一种适用于led调光的动态恒流控制方法，所述方法包括：
11.步骤s1，根据光强调光幅度q及预定的调光步进值p生成多个调光台阶，且有所述多个调光台阶的台阶数量s表示为：台阶数量s＝光强调光幅度q/调光步进值p；
12.步骤s2，根据调光响应时间t及上述生成的多个调光台阶的数量s确定每个调光台阶的保持时间t，且有每个调光台阶的保持时间t＝调光响应时间t/台阶数量s；
13.步骤s3，对数字滤波器的时间常数设定多个预定值，并生成每个预定值所对应的唯一编码；
14.步骤s4，由调光系统根据每个调光台阶的保持时间t选取对应的时间常数预定值；
15.步骤s5，将每个调光台阶所对应的光强及所选定的时间常数输入数字滤波器，由数字滤波器生成用于调光的电流模拟曲线。
16.在一个实施例中，所述多个预定值均设定为小于10ms。
17.在一个实施例中，对所述唯一编码为二进制编码。
18.在一个实施例中，所述根据每个调光台阶的保持时间t选取对应的时间常数预定值包括：从所述多个时间常数预定值中选取小于每个调光台阶的保持时间t的，且最接近于每个调光台阶的保持时间t的时间常数预定值。
19.本发明的另一方面还在于提供一种适用于led调光的动态恒流控制系统，所述系统包括：控制主机、数字接口模块、目标电流基准模块、编码器以及数字滤波器。
20.其中，所述控制主机基于调光协议生成多个调光台阶，并基于响应时间确定对应数字滤波器时间常数。
21.所述数字接口模块用于获取由控制主机输送的调光台阶及时间常数编码。
22.所述目标电流基准模块根据所述调光台阶确定目标电流基准，并将目标电流基准输入至数字滤波器。
23.所述编码器将时间常数编码转化为用于控制数字滤波器的时间常数参数输入至数字滤波器。
24.所述数字滤波器根据目标电流基准及时间常数参数进行数字滤波处理生成用于控制led亮度的模拟电流曲线。
25.与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下发明点及优势：
26.本发明中通过实时调整数字滤波器的时间常数，从而使得持续时间过长的调光台阶，能够通过小时间常数的数字滤波手段进行二次平滑，从而使得输出的模拟调光电流曲线能够保证在每一个调光台阶上均满足于光强变化小于2％且持续时间小于10ms。
27.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
28.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
29.图1是本发明的动态恒流控制方法流程示意图；
30.图2是本发明的动态恒流控制系统的结构示意图；
31.图3是本发明的实现基于时间环的电流控制方法的计算机系统结构示意图。
具体实施方式
32.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。
33.在进行下面的详细描述之前，阐述贯穿本发明使用的某些单词和短语的定义可能是必要的。术语“耦接”“连接”及其派生词指两个或多个元件之间的任何直接或间接通信或者连接，而无论那些元件是否彼此物理接触。术语“传输”、“接收”和“通信”及其派生词涵盖直接和间接通信。术语“包括”和“包含”及其派生词是指包括但不限于。术语“或”是包含性的，意思是和/或。短语“与
……
相关联”及其派生词是指包括、包括在
……
内、互连、包含、包含在
……
内、连接或与
……
连接、耦接或与
……
耦接、与
……
通信、配合、交织、并列、接近、绑定或与
……
绑定、具有、具有属性、具有关系或与
……
有关系等。术语“控制器”是指控制至少一个操作的任何设备、系统或其一部分。这种控制器可以用硬件、或者硬件和软件和/或固件的组合来实施。与任何特定控制器相关联的功能可以是集中式的或分布式的，无论是本地的还是远程的。短语“至少一个”，当与项目列表一起使用时，意指可以使用所列项目中的一个或多个的不同组合，并且可能只需要列表中的一个项目。例如，“a、b、c中的至少一个”包括以下组合中的任意一个：a、b、c、a和b、a和c、b和c、a和b和c。
34.本发明中对于电阻、电容或电感的第一端和第二端的描述仅为了区分该器件的两个连接端，以便于描述该器件与其他器件的连接关系，其并不特定地指定电阻、电容或电感在实际情况下的某一端。本领域技术人员应当知晓在实际电路构建时，电阻、电容或电感在实际器件中的任何一端均可定义为第一端，同时当第一端被定义时，器件的另一端自动被定为第二端。
35.本发明中对各种部件或元素进行描述时，所使用的“第一”、“第二”、“第三
”……
的描述方式仅为了区分各个部件，仅为了表达各个部件之间互不相同的关系。上述所使用的描述方式本身不包含任何对部件之间关联的隐含意义。例如，当仅出现“第一”和“第三”的描述时，不意味着二者之间还存在“第二”，这里对“第一”和“第三”的描述仅意味着存在两个不同的独立部件。
36.贯穿本发明中提供的其他特定单词和短语的定义。本领域普通技术人员应该理解，在许多情况下，即使不是大多数情况下，这种定义也适用于这样定义的单词和短语的先前和将来使用。
37.在本发明中，模块的应用组合以及子模块的划分层级仅用于说明，在不脱离本公开的范围内，模块的应用组合以及子模块的划分层级可以具有不同的方式。
38.实施例1
39.如图1所示的本实施例的动态恒流控制方法流程示意图，本实施例的适用于led调光的动态恒流控制方法包括如下步骤：
40.步骤s1，根据光强调光幅度q及预定的调光步进值p生成多个调光台阶，所述光强调光幅度即光强由当前值调整至目标值的幅度，例如将光强从10％调整为90％，则光强调光幅度为80％；所述预定的调光步进值小于2％，其目的在于消除人眼对光强变化的敏感性。由调光系统的上位机或控制主机会根据调光值的幅度变化，逐级输出目标光强，前一级目标光强与后一级目标光强之间即形成调光台阶。例如当前光强为10％，上位机或控制主机要将光强调整为90％时，上位机或控制主机可以以2％的步进幅度从10％逐级调整至90％，即第一级为12％、第二级为14％、第三级为16％、第四级为18％、第五级为20％、
……
、以此类推。通过形成40个调光台阶将光强从10％调整为90％。可选的方式为，当调光步进值设置为1％时，通过形成80个调光台阶将光强从10％调整为90％。同时，可知，调光台阶的数量s＝光强调光幅度q/调光步进值p。
41.步骤s2，根据调光响应时间t及上述生成的多个调光台阶的数量s确定每个调光台阶的保持时间t。调光响应时间t是由调光系统根据调光协议所生成的规定当前调光操作完成所需花费的时间。且有每个调光台阶的保持时间t＝调光响应时间t/调光台阶的数量s。如，前述通过形成40个调光台阶将光强从10％调整为90％，且响应时间为1s时，则每个调光台阶的保持时间t即为25ms。
42.步骤s3，对数字滤波器的时间常数设定多个预定值，并生成每个预定值所对应的编码。本实施例中，使用数字滤波器对每一个调光台阶进行信号处理时，实质上是针对该调光台阶再次进行更为精细的调光台阶划分，而且此时数字滤波器的时间常数的物理意义即为该更为精细的调光台阶的每一级的保持时间。因此本实施例中，为了满足规避人眼对光变化时间的敏感度，所述多个预定值均设定为小于10ms。例如，设定有16μs、32μs、64μs、2ms、4ms、8ms六个预定值。且对每一个预定值设定唯一的编码，如二进制编码。
43.步骤s4，由调光系统根据每个调光台阶的保持时间t选取对应的时间常数预定值。具体地，从所述多个时间常数预定值中选取小于每个调光台阶的保持时间t的，且最接近于每个调光台阶的保持时间t的时间常数预定值。如当每个调光台阶的保持时间t即为25ms时，则选取的时间常数为8ms的预定值。如当每个调光台阶的保持时间t即为2.5ms时，则选取的时间常数为2ms的预定值。
44.步骤s5，将每个调光台阶所对应的光强及所选定的时间常数输入数字滤波器，由数字滤波器生成用于调光的电流模拟曲线。当所述调光系统的上位机或控制主机完成调光台阶划分，以及时间常数预定值选取时，所述调光系统的上位机或控制主机会几个的将调光台阶输入至数字滤波器，同时会将所选取的时间常数预定值对应的编码输入至数字滤波器，并由数字滤波器将该编码转换为对应的时间常数来控制数字滤波器工作。
45.实施例2
46.如图2所示的本发明的动态恒流控制系统的结构示意图，本实施例的适用于led调光的动态恒流控制系统包括：控制主机、数字接口模块、目标电流基准模块、编码器以及数字滤波器。
47.其中，所述控制主机基于调光协议生成多个调光台阶，并基于响应时间确定对应数字滤波器时间常数。
48.所述数字接口模块用于获取由控制主机输送的调光台阶及时间常数编码。
49.所述目标电流基准模块根据所述调光台阶确定目标电流基准，并将目标电流基准输入至数字滤波器。
50.所述编码器将时间常数编码转化为用于控制数字滤波器的时间常数参数输入至数字滤波器。
51.所述数字滤波器根据目标电流基准及时间常数参数进行数字滤波处理生成用于控制led亮度的模拟电流曲线。
52.实施例3
53.图3是适于用来实现根据本发明的电流控制方法的计算机系统的结构示意图。
54.如图3所示，计算机系统100包括处理单元101，其可以根据存储在只读存储器(rom)102中的程序或者从存储部分108加载到随机访问存储器(ram)103中的程序而执行上述实施方式中的各种处理。在ram103中，还存储有系统100操作所需的各种程序和数据。处理单元101、rom102以及ram103通过总线104彼此相连。输入/输出(i/o)接口105也连接至总线104。
55.以下部件连接至i/o接口105：包括键盘、鼠标等的输入部分106；包括诸如阴极射线管(crt)、液晶显示器(lcd)等以及扬声器等的输出部分107；包括硬盘等的存储部分108；以及包括诸如lan卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分109。通信部分109经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器110也根据需要连接至i/o接口105。可拆卸介质111，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器110上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分108。其中，所述处理单元101可实现为cpu、gpu、tpu、fpga、npu等处理单元。
56.特别地，根据本公开的实施方式，上文描述的方法可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施方式包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在及其可读介质上的计算机程序，所述计算机程序包含用于执行所述畅通信息确定方法的程序代码。在这样的实施方式中，该计算机程序可以通过通信部分303从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质311被安装。
57.本公开实施例还公开了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述任一方法步骤。
58.附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施方式的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，路程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际
上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
59.描述于本公开实施方式中所涉及到的单元或模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定。
60.作为另一方面，本公开实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施方式中所述装置中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入设备中的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序，所述程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本公开实施例的方法。
61.以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

技术特征：
1.一种适用于led调光的动态恒流控制方法，其特征在于，利用该动态恒流控制方法对基于dali调光协议下的dc/dc恒流调光系统实施控制，所述方法包括：步骤s1，根据光强调光幅度q及预定的调光步进值p生成多个调光台阶，且有所述多个调光台阶的台阶数量s表示为：台阶数量s＝光强调光幅度q/调光步进值p；步骤s2，根据调光响应时间t及上述生成的多个调光台阶的数量s确定每个调光台阶的保持时间t，且有每个调光台阶的保持时间t＝调光响应时间t/台阶数量s；步骤s3，对数字滤波器的时间常数设定多个预定值，并生成每个预定值所对应的唯一编码；步骤s4，由调光系统根据每个调光台阶的保持时间t选取对应的时间常数预定值；步骤s5，将每个调光台阶所对应的光强及所选定的时间常数输入数字滤波器，由数字滤波器生成用于调光的电流模拟曲线。2.根据权利要求1所述的动态恒流控制方法，其特征在于，所述多个预定值均设定为小于10ms。3.根据权利要求1所述的动态恒流控制方法，其特征在于，对所述唯一编码为二进制编码。4.根据权利要求1所述的动态恒流控制方法，其特征在于，所述根据每个调光台阶的保持时间t选取对应的时间常数预定值包括：从所述多个时间常数预定值中选取小于每个调光台阶的保持时间t的，且最接近于每个调光台阶的保持时间t的时间常数预定值。5.一种适用于led调光的动态恒流控制系统，其特征在于，利用该动态恒流控制方法对基于dali调光协议下的dc/dc恒流调光系统实施控制，所述系统包括：控制主机、数字接口模块、目标电流基准模块、编码器以及数字滤波器；其中，所述控制主机基于调光协议生成多个调光台阶，并基于响应时间确定对应数字滤波器时间常数；所述数字接口模块用于获取由控制主机输送的调光台阶及时间常数编码；所述目标电流基准模块根据所述调光台阶确定目标电流基准，并将目标电流基准输入至数字滤波器；所述编码器将时间常数编码转化为用于控制数字滤波器的时间常数参数输入至数字滤波器；所述数字滤波器根据目标电流基准及时间常数参数进行数字滤波处理生成用于控制led亮度的模拟电流曲线。6.一种计算机系统，包括存储器和处理器；其中，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行以实现权利要求1-4任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种适用于LED调光的动态恒流控制方法，包括：根据光强调光幅度Q及预定的调光步进值P生成多个调光台阶，且有所述多个调光台阶的台阶数量S表示为：台阶数量S＝光强调光幅度Q/调光步进值P；根据调光响应时间T及上述生成的多个调光台阶的数量S确定每个调光台阶的保持时间t，且有每个调光台阶的保持时间t＝调光响应时间T/台阶数量S；对数字滤波器的时间常数设定多个预定值，并生成每个预定值所对应的唯一编码；由调光系统根据每个调光台阶的保持时间t选取对应的时间常数预定值；将每个调光台阶所对应的光强及所选定的时间常数输入数字滤波器，由数字滤波器生成用于调光的电流模拟曲线。的电流模拟曲线。的电流模拟曲线。


技术研发人员：胡成煜 王乃龙 聂琳静 张涛
受保护的技术使用者：天津芯格诺微电子有限公司
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/7/20