CN106132002B - 控制led灯颜色混色装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制LED灯颜色混色的装置，包括LED灯电路、温度检测电路、MCU控制电路、LED灯驱动电路和PWM驱动电路；所述温度检测电路和所述PWM驱动电路分别与所述MCU控制电路连接；所述PWM驱动电路通过LED驱动电路与LED灯电路连接；本发明还公开一种控制LED灯颜色混色的方法。采用本发明，具有简单、有效的保证LED灯颜色混色一致，同时LED灯不会出现温度过高的问题。

Description

控制LED灯颜色混色装置及其方法

技术领域

本发明属于LED调色技术领域，具体涉及一种控制LED灯颜色混色的装置及其方法。

背景技术

目前，一般的LED灯具的混色大多采用加法混色，把不同的基色投射到同一个区域然后通过控制基色的比例来混出色域内的任一颜色。但是在实际运用中，LED灯具使用一段时间后，会出现温度的改变，当LED温度升高后，由于LED各颜色的温度特性不一样，各种基色在同一温度其基色混色的比例会改变，从而导致混出的颜色与温度低时混出的颜色不一样。当多台灯具放一起并且各灯具温度不一样时，这种情况尤为明显。

对于以上问题，公开号为CN101996587A，发明名称为彩色LED背光调频调光电路及其方法，采用了颜色传感器采样反馈光的亮度、色温、色坐标的变化，从而调节混色的比例，使光的亮度和色温、色坐标保持不变，以满足混色过程中颜色保持一致。但是在实际过程中，其不断补偿光强，容易导致温度过高，造成灯具的寿命衰减。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的第一目的提供一种控制LED灯颜色混色装置，具有简单、有效的保证LED灯颜色混色一致，同时LED灯不会出现温度过高的问题。

为实现上述目的，本发明按以下技术方案予以实现的：

本发明所述控制LED灯颜色混色的装置，包括LED灯电路、温度检测电路、MCU控制电路、LED灯驱动电路和PWM驱动电路；所述温度检测电路和所述PWM驱动电路分别与所述MCU控制电路连接；所述PWM驱动电路通过LED驱动电路与LED灯电路连接；所述温度检测电路通过采集LED灯电路中LED灯的结温信息，并且将该结温信息传输至所述MUC控制电路，所述MCU控制电路输出对应的PWM方波信号至所述PWM驱动电路，所述PWM驱动电路输出对应的占空比方波至所述LED灯驱动电路，使得LED灯电路调整对应的颜色，实现LED灯的颜色保持一致。

进一步地，所述MCU控制电路设置有SPI串行外设接口，用于将PWM方波信号以串行的通信方式发送至所述PWM驱动电路。

进一步地，所述MCU控制电路采用的控制芯片为STM32F103RB。

进一步地，所述温度检测电路中采用的是热敏电阻感测温度。

进一步地，所述热敏电阻安装与所述LED灯电路中LED灯的灯脚处。

为了解决上述问题，本发明的第二目的提供一种控制LED灯颜色混色方法，具有简单控制LED灯颜色混色保持一致的特点。

为实现上述目的，本发明按以下技术方案予以实现的：

本发明所述控制LED灯颜色混色方法，包括如下步骤：

采集LED灯的结温信息；

根据所述结温信息，输出对应的PWM方波信号；

根据所述PWM方波信号输出对应占空比方波，以调整LED灯对应的颜色。

进一步地，根据所述PWM方波信号输出对应占空比方波，以调整LED灯对应的颜色的步骤，具体是：根据所述PWM方波信号输出对应的占空比方波，该方波中的占空比是根据结温信息计算所得，其可以对应控制LED灯端的电压的时间，进而改变每次LED灯亮时的电流，最终实现LED灯中RGB三色的比例在温度变化始终保持RGB三色的比例不变，即保持混色颜色一致。

进一步地，根据所述结温信息，输出对应的PWM方波信号的步骤中，采用了如下公式：

绿色:f(x)＝-0.00525x+0.1319；

蓝色:f(x)＝-0.00618x+0.1548；

其中，以红色作为基准，x表示温度，f(x)表示需要调整输出PWM的百分比。与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所述的控制LED灯颜色混色的装置及其方法，利用了温度反馈控制调整LED灯，使得LED灯具有在长时间工作中，温度改变而混色颜色保持一致，即使在多台同样灯具同时使用时，温度不一样，但是混色颜色依然保持一致。

在整个控制反馈过程中，利用了将采集的LED灯的结温信息，该结温信息通过传输至所述MCU控制电路，所述MCU控制电路根据预设结温信息对应输出PWM方波信号给到所述PWM驱动电路，所述PWM驱动电路则对应输出占空比方波至所述LED灯驱动电路，进而驱动LED灯电路按照占空比对应的数值调整RGB对应的输出比例至温度改变前的比例，从而保证了温度升高时整个混色的颜色一致，虽然在一定程度上亮度和色温有所下降，但是保证了颜色的一致，并且不会高温造成LED灯的寿命衰减。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明所述的控制LED灯颜色混色的装置的电路原理框图；

图2是本发明所述的控制LED灯颜色混色的装置中的MCU控制电路的电路图；

图3是本发明所述的控制LED灯颜色混色的装置中的PWM驱动电路的电路图；

图4是本发明所述的控制LED灯颜色混色的装置中的LED灯驱动电路的电路图；

图5是本发明所述的控制LED灯颜色混色的装置中的LED灯电路的电路图；

图6是本发明所述的控制LED灯颜色混色的装置中的温度检测电路的电路图；

图7是OSRAM LE RTDUW S2W LED温度特性图；

图8是本发明所述的控制LED灯颜色混色方法在有、无温度反馈控制，温度—光X坐标曲线图；

图9是本发明所述的控制LED灯颜色混色方法在有、无温度反馈控制，温度—光Y坐标曲线图；

图10是本发明所述的控制LED灯颜色混色方法在有、无温度反馈光坐标图。

图中：

1：MCU控制电路 2：PWM驱动电路 3：LED灯驱动电路

4：LED灯电路 5：温度检测电路

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图6所示，本发明所述的控制LED灯颜色混色的装置，包括有MCU控制电路1、PWM驱动电路2、LED灯驱动电路3、LED灯电路4和温度检测电路5；其中，所述温度检测电路5和所述PWM驱动电路2分别与所述MCU控制电路1连接；所述PWM驱动电路2通过LED驱动电路3与LED灯电路4连接。

其中，所述温度检测电路5用于采集LED灯电路中LED灯的结温信息，该结温温度是LED灯发光时较为真实的温度，因此将该所述结温信息传输至所述MCU控制电路1，所述MCU控制电路1根据预设结温温度信息，输出对应的PWM方波至所述PWM驱动电路1，所述PWM驱动电路2根据PWM方波输出对应占空比方波至LED灯驱动电路3，最终使得所述LED灯电路在温度改变时颜色保持一致。

具体地，如图2所示，所述MCU控制电路1采用的控制芯片为STM32F103RB，在其接口16为温度反馈输入的ADC接口；接口55、57连接有SPI串行外设接口，用于将PWM方波信号以串行的通信方式发送至所述PWM驱动电路3。

如图3所示，所述PWM驱动电路2采用MBI6024芯片，其接口2、3为用于接收MCU控制电路1中控制芯片STM32F103RB的接口55、57发出的SPI信号的接入口；接口13、14、15和16用于输出PWM四路信号LD1、LD2、LD3和LD4经过反相输出PWM1、PWM2、PWM3和PWM4，分别控制RGBW四种颜色。

如图4所示，所述LED灯驱动电路3显示的2路驱动,图3中的PWM1和PWM2分别输入，使得VAS1261芯片控制的LED+和LED-的电压时间,进而改变LED灯的平均电流达到控制RGBW四色的比重.所述温度检测电路5检测到LED灯的结温信息,然后把结温信息反馈到所述MCU控制电路,然后MCU控制电路根据当前的温度通过公式计算调整RGBW四色的输出比例,然后MCU输出经过调整的PWM信息,经过PWM驱动电路2输入所述LED灯驱动电路控制LED+和LED-的电压时间,进而改变LED灯电路的平均电流,最终实现控制RGBW四色的比例,此实施例中以控制RGB三色为例。

如图5所示，所述LED灯电路4是有多个LED灯串联使用，图中显示的是四路串联的多个LED灯。

如图6所示，所述温度检测电路5是通过热敏电阻RTINTC来感测温度，然后通过TP端将该检测信息传输至MCU控制电路的16接口。

本发明所述的控制LED灯颜色混色的方法，利用的是以上电路结构装置，具体步骤如下：

S01：采集LED灯的结温信息；

S02：根据所述结温信息，输出对应的PWM方波信号；

根据所述PWM方波信号输出对应的占空比方波，该方波中的占空比是根据结温信息计算所得，其可以对应控制LED灯端的电压的时间，进而改变每次LED灯亮时的电流，最终实现LED灯中RGB三色的比例始终保持温度改变前的比例，即保持混色颜色一致。

同时，通过结温信息输出PWM方波信息的过程中，采用了如下计算公式：

绿色:f(x)＝-0.00525x+0.1319；

蓝色:f(x)＝-0.00618x+0.1548；

其中，以红色作为基准，x表示温度，f(x)表示需要调整输出PWM的百分比。

S03：根据所述PWM方波信号输出对应占空比方波，以调整LED灯对应的颜色。

在本实施例中，25℃时，MCU控制电路1通过SPI形式输出PWM的比例为R：G：B＝100:100:100，而实际作用LED灯效果的PWM比例也是100:100:100，所以在25℃时，不对RGB进行调整，当温度升高后为80度，此时RGB的输出比例依然为100:100:100，但由于LED的温度特性(图7)虽然输出的PWM比例为100:100:100但实际R已经下降了41％，G已经下降了12％，B已经下降了7％，所以混色的实际比例已经变成了59:88:93，基色比例改变比较大导致混色颜色变化大，此时通过温度检测反馈，以R为下降标准，检测到温度为80℃，根据温度调整函数对于绿色G：f(x)＝-0.00525x+0.1319，当x＝80时，f(x)＝-0.2881，所以G的输出PWM需下降28.81％，即为71.19；对于蓝色B:f(x)＝-0.00618x+0.1548，当x＝80时，f(x)＝-0.3396，所以B的输出PWM需下降33.96％，即为66.04；所以此时经过温度反馈后，在温度为80度时RGB的混色输出比例为100:71.19:66.04而此时实际作用在LED灯的混色比例为(100*(1-41％))：(71.19*(1-12％))：(66.04*(1-7％))＝59:62.64:61.42基本上保持基色的混色比例为1:1:1，和温度升高前的颜色一致。

现有的LED灯具没有温度反馈控制，温度相差不大时混色的颜色变化还不算大，但是当温度相差大时混色颜色就相差比较大。而加入了温度反馈控制，可以根据LED特性曲线调整其混色比例使其混色比例基本保持不变，使灯的效果得到了很好的控制。

在本实施例中，表一为相同的RGB，不同温度下，有无温度反馈控制的光的(X,Y)坐标，图3为LED特性温度和流明曲线图，图4为有无温度反馈控制X坐标曲线，图5为有无温度反馈控制Y坐标曲线，图6为有无温度反馈控制光XY坐标图。在本实施例中无温度反馈控制光X坐标变换范围为5％，Y坐标变化范围为2.1％，有温度反馈控制光X坐标变化范围为1％，Y坐标变化范围为1.2％。

表一有无温度反馈控制光坐标测试数据

在本实施例中使用的是LE RTDUW S2W LED根据其温度流明特性曲线模拟计算出LED在25-80℃时，其颜色值百分比和温度的函数如下(X为温度单位℃，Y为颜色值百分比)：

红色R：Yr＝-0.00745x+1.1186

绿色G：Yg＝-0.0022x+1.0545

蓝色B：Yb＝-0.00127x+1.0316

白色W：Yw＝-0.00136x+1.034

在本实施例中，温度反馈控制以红色R为基准，其他颜色BGW需调整的函数曲线如下(X为温度单位℃，Y为需调整的百分比负为下降)：

绿色G：f(C.G)＝Yr–Yg＝-0.00525x+0.1319

蓝色B：f(C.B)＝Yr–Yb＝-0.00618x+0.1548

白色W：f(C.W)＝Yr–Yw＝-0.00609x+0.1524

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、灯同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种控制LED灯颜色混色的装置，其特征在于：

包括LED灯电路、温度检测电路、MCU控制电路、LED灯驱动电路和PWM驱动电路；所述温度检测电路和所述PWM驱动电路分别与所述MCU控制电路连接，所述MCU控制电路设置有SPI串行外设接口，用于将PWM方波信号以串行的通信方式发送至所述PWM驱动电路；

所述MCU控制电路采用的控制芯片为STM32F103RB；

所述PWM驱动电路通过LED驱动电路与LED灯电路连接；所述温度检测电路通过采集LED灯电路中LED灯的结温信息，根据所述结温信息，输出对应的PWM方波信号中，采用了如下公式：绿色:f(x)＝-0.00525x+0.1319；蓝色:f(x)＝-0.00618x+0.1548；其中，以红色作为基准，x表示温度，f(x)表示需要调整输出PWM的百分比；

并且将该结温信息传输至所述MCU控制电路，所述MCU控制电路输出对应的PWM方波信号至所述PWM驱动电路，LED灯电路调整对应的颜色，使LED灯中RGB三色的比例在温度变化中始终保持RGB三色的比例不变，实现LED灯的颜色保持一致。

2.根据权利要求1所述的控制LED灯颜色混色的装置，其特征在于：所述温度检测电路中采用的是热敏电阻感测温度。

3.根据权利要求2所述的控制LED灯颜色混色的装置，其特征在于：所述热敏电阻安装于所述LED灯电路中LED灯的灯脚处。

4.一种控制LED灯颜色混色的方法，其特征在于，包括如下步骤：

采集LED灯的结温信息；

根据所述结温信息，保持混色颜色一致，输出对应的PWM方波信号；根据所述结温信息，输出对应的PWM方波信号的步骤中，采用了如下公式：绿色:f(x)＝-0.00525x+0.1319；蓝色:f(x)＝-0.00618x+0.1548；其中，以红色作为基准，x表示温度，f(x)表示需要调整输出PWM的百分比；

根据所述PWM方波信号输出对应占空比方波，以调整LED灯对应的颜色。

5.根据权利要求4所述的控制LED灯颜色混色的方法，其特征在于：

根据所述PWM方波信号输出对应占空比方波，以调整LED灯对应的颜色的步骤，具体是：

根据所述PWM方波信号输出对应的占空比方波，该方波中的占空比是根据结温信息计算所得，其对应控制LED灯端的电压的时间，进而改变每次LED灯亮时的电流，最终实现LED灯中RGB三色的比例在温度变化始终保持RGB三色的比例不变，即保持混色颜色一致。