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CN102098847B - 一种基于fpga的led调光电路 - Google Patents

一种基于fpga的led调光电路 Download PDF

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CN102098847B CN201110023397.2A CN201110023397A CN102098847B CN 102098847 B CN102098847 B CN 102098847B CN 201110023397 A CN201110023397 A CN 201110023397A CN 102098847 B CN102098847 B CN 102098847B
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PR Lighting Ltd
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Abstract

本发明提供一种基于FPGA的LED调光电路，包括MCU单元、FPGA单元以及驱动单元；所述MCU单元，用于根据用户第一指令从DMX中获取信号，并根据公式B＝D*Bmax计算所述D值，其中所述B为LED实际亮度，所述Bmax为LED峰值亮度，所述D为PWM调光电路的占空比；所述FPGA单元，用于根据公式D＝N/2k，计算所述K值，其中所述N为整数，0≤N≤2k，K为PWM调光电路的位宽；再根据公式Fdim＝Fsw/2K，计算所述Fsw值，其中所述Fsw为PWM时钟频率；所述驱动单元，用于驱动大功率LED灯。本发明提供一种的基于FPGA的LED调光电路可防止舞台灯光高清摄像抖动，使得低亮度调光平滑，消除调光噪音。

Description

一种基于FPGA的LED调光电路
技术领域
本发明涉及一种LED调光电路，尤其是指FPGA应用于大功率LED舞台灯的调光电路。
背景技术
现有舞台灯光光源主要以卤素灯，气体放电灯为主，随着LED技术的发展，LED光源的光效越来越高，单颗LED封装功率越来越大，大功率LED光源应用于舞台灯光已成为一种趋势。由于舞台灯光设备需要接受各种直播设备的视频拍摄、声音录制，因此对灯具的调光频率、调光噪音、调光平滑度要求均比较高。一般的大功率LED调光电路已由于其调光频率较低无法满足要求，因此无法解决舞台灯光中的高清摄像抖动、调光时驱动电路的噪音、低亮度调光不平滑等问题。
发明内容
本发明提供一种的基于FPGA的LED调光电路可防止舞台灯光高清摄像抖动，使得低亮度调光平滑，消除调光噪音。
本发明提供的一种基于FPGA的LED调光电路，包括MCU单元、FPGA单元以及驱动单元；
所述MCU单元，用于根据用户第一指令从DMX中获取信号，并根据公式B＝D*Bmax计算所述D值，其中所述B为LED实际亮度，所述Bmax为LED峰值亮度，所述D为PWM调光电路的占空比；
所述FPGA单元，用于根据公式D＝D＝N/2k，其中所述N为整数，0≤N≤2k，K为PWM调光电路的位宽；再根据公式Fdim＝Fsw/2K，计算所述Fsw值，其中所述Fsw为PWM时钟频率，Fdim为调光频率；
所述驱动单元，用于驱动大功率LED光源点亮。
本发明通过将FPGA应用于LED调光电路，主要是指PWM调光电路，根据上述公式加大了PWM电路的位宽，使的调光曲线更光滑；增大了LED调光电路的调光频率，因此可使人眼视觉上感觉光学平稳度高，因此解决高清摄像抖动、调光时驱动电路的噪音的问题，解决低亮度调光不平滑的问题。
附图说明
附图1为本发明基于FPGA的LED调光电路的结构框图；
附图2为本发明基于FPGA的LED调光电路的FPGA单元的电路结构图。
具体实施方式
舞台灯光由于需要接受各种直播设备的视频拍摄，声音录制，对灯具的调光频率、调光噪音以及调光平滑度要求都很高，而一般的LED舞台灯光的PWM调光电路难以满足要求。
请参见附图1为本发明基于FPGA的LED调光电路的流程图，包括MCU单元、FPGA单元以及驱动单元；包括以下步骤，所述MCU单元，用于根据用户第一指令从DMX中获取信号，并根据公式B＝D*Bmax(1)计算所述D值，其中所述B为LED实际亮度，所述Bmax为LED峰值亮度，所述D为PWM调光电路的占空比(步骤1)；所述FPGA单元，用于根据公式D＝N/2k(2)，其中所述N为整数，0≤N≤2k，K为PWM调光电路的位宽；再根据公式Fdim＝Fsw/2K(3)，计算所述Fsw值，其中所述Fsw为PWM时钟频率(步骤2)；所述驱动单元，用于用于驱动大功率LED光源点亮(步骤3)。
在舞台灯光的调光中，灯具所接收的都为DMX512信号；MCU在开机系统初始化后，根据用户第一指令从DMX中获取信号，并判断数据是否发生变化，若数据发生变化，则将接收到的数据进行处理，转换为调光的8位数据，具体的，在执行步骤1时，在此同时介绍PWM调光，首先解释脉冲宽度调制(PWM)是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的。而在PWM调光中，LED正向电流以受控的占空比D进行开或关，以达到想要的亮度B；LED的亮度B与占空比D成比例。设定MCU接收到的DMX数值为n(为整数)，光输出亮度为B，最大光输出为Bmax。所述MCU单元，用于根据用户第一指令从DMX中获取信号，并根据公式B＝D*Bmax(1)计算所述D值，其中所述B为LED实际亮度，所述Bmax为LED峰值亮度，所述D为PWM调光电路的占空比。
在执行步骤2时，所述FPGA单元，用于根据公式D＝N/2k(2)，计算所述K值，其中N为整数，0≤N≤2k，K为PWM调光电路的位宽；再根据公式Fdim＝Fsw/2K
(3)，计算所述Fsw值，其中所述Fsw为PWM时钟频率；
一般而言，人眼能感到比较平稳的调光频率约为大于100HZ；
当K＝8时由(3)可算出Fsw＝25.6KHZ
当K＝11时由(3)可算出Fsw＝204.8KHZ
普通相机摄像设备比较稳定的频率约为大于800HZ
当K＝8时由(3)可算出Fsw＝204.8KHZ
当K＝11时由(3)可算出Fsw＝1638.4KHZ
舞台灯光高清摄像设备比较稳定的频率约为大于2000HZ
当K＝8时由(3)可算出Fsw＝512KHZ
当K＝11时由(3)可算出Fsw＝4096KHZ
在此过程中，还可解决低亮度调光不平滑。对比度一般都被定义为系统可产生出的最亮色彩(最高亮度)与最暗色彩(最低亮度)的发光度比率.也就是式(1)中Dmax/Dmin，在调光系统中，对比度的大小取决于PWM的位数，普通的调光电路中PWM的位宽通常都为8位，根据式(2)，所以传统调光电路中最暗占空比1/255，最亮占空比为1，对比度为255，而PWM位宽越宽，可调范围越大，调光曲线会越平滑。
在执行步骤3时，驱动单元，用于驱动大功率LED光源点亮。
优选的，所述驱动单元还用于根据所述Fsw调整所述调光电路的驱动电路的噪音。目前LED恒流电路，多为开关电源恒流方式，其中有一个功率电感，调光噪音就源于此。电感中的电流变化产生振动，从而产生声音，特别是在50％占空比的时候，振幅最强。
人能听见的声音频率为20HZ到20KHZ(只考虑20KHZ)
当K＝8时由(3)可算出Fsw＝5120KHZ
当K＝11时由(3)可算出Fsw＝40960KHZ
最敏感的频率为200HZ-10KHZ(只考虑10KHZ)
当K＝8时由(3)可算出Fsw＝2560KHZ
当K＝11时由(3)可算出Fsw＝20480KHZ()
可参见下表，为本发明基于FPGA的LED调光电路的性能与传统的调光电路的比较；
三种调光电路的指标比较表：
从上图可看出，本发明使用的调光电路可以大大的提高调光频率，以解决舞台灯光中的高清摄像抖动、调光时驱动电路的噪音、低亮度调光不平滑等问题。
优选的，请参见附图2，所述FPGA单元包括分频器模块，地址锁存器模块，数据锁存与处理模块以及PWM信号发生器模块；其中所述分频器模块用于将系统时钟分频后提供给所述PWM信号发生器模块做时基；所述地址锁存器模块，用于存储数据；所述数据锁存与处理模块，用于将8位调光数据处理成12位平滑的调光数据，并送至PWM信号发生器模块；所述PWM信号发生器模块，用于根据所述12位平滑的调光数据调制为PWM信号并输出。
综上所述，实施例不过是本发明的优选最佳实施方案，不可理解为对本发明的保护范围限定，对于本领域的技术工作人员根据本发明所做的不超出本发明技术方案的调整和改动，应该认为落在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于FPGA的LED调光电路，其特征在于：包括MCU单元、FPGA单元以及驱动单元；
所述MCU单元，用于根据用户第一指令从DMX中获取信号，并根据公式B＝D*Bmax计算D值，其中所述B为LED实际亮度，所述Bmax为LED峰值亮度，所述D为PWM调光电路的占空比；
所述FPGA单元，用于根据公式D＝N/2K，其中所述N为整数，0≤N≤2K，K为PWM调光电路的位宽；再根据公式Fdim＝Fsw/2K，计算所述Fsw值，其中所述Fsw为PWM时钟频率，Fdim为调光频率；
所述驱动单元，用于驱动大功率LED灯，所述驱动单元还用于根据所述Fsw调整所述调光电路的驱动电路的噪音，所述驱动单元还用于根据Dmax/Dmin的值调整调光电路的调光平滑度；
所述FPGA单元包括分频器模块，地址锁存器模块，数据锁存与处理模块以及PWM信号发生器模块；其中所述分频器模块用于将系统时钟分频后提供给所述PWM信号发生器模块做时基；所述地址锁存器模块，用于锁存地址数据；所述数据锁存与处理模块，用于将8位调光数据处理成11位平滑的调光数据，并送至PWM信号发生器模块；所述PWM信号发生器模块，用于根据所述11位平滑的调光数据调制为PWM信号并输出。
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