CN116113102A - 一种基于双pwm信号的调光电路、调光方法及智能灯具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于双PWM信号的调光电路、调光方法及智能灯具，该基于双PWM信号的调光电路包括第一脉宽调制信号，第二脉宽调制信号，第一调光电路、第二调光电路以及恒流驱动电路，当第二脉宽调制信号的占空比增大时，第二调光电路的输出端向恒流驱动电路的输入端输出的电压减小。一种基于上述双PWM信号的调光电路的调光方法，在亮度较低时，第一脉宽调制信号保持恒定，通过增大第二脉宽调制信号的占空比使得输出至恒流驱动电路电压减小从而调低灯具亮度。本发明还提供了一种智能灯具,包括上述基于双PWM信号的调光电路及发光器件。本发明通过增大PWM信号占空比的方式调低亮度，可满足灯具亮度调低至0.1％且无抖动。

Description

一种基于双PWM信号的调光电路、调光方法及智能灯具

技术领域

本发明涉及PWM调光领域，具体是涉及一种基于双PWM信号的调光电路、调光方法及智能灯具。

背景技术

自国家推出智慧城市概念后，智能楼宇控制进一步升级，智能照明已逐渐深入到人们的日常生活，调光过程做到柔顺、无频闪、低亮度等是人们目前的迫切需求。

目前常见的调光方式包括PWM调光、CCR调光以及PWM+CCR调光。PWM调光即使通过灯具的电流以一定的频率通断，通过减少灯具的通电时间从而降低有效电流，实现降低灯具亮度的目的。CCR调光即保持灯具通过连续的电流，通过减小电流幅值来实现降低灯具亮度的目的。PWM的调光范围广，可以做到灯具亮度低至1％以下，但是采用PWM调光时信号的高频通断会带来电磁干扰问题，且在灯具亮度低区调节时会带来人眼可感知的频闪。CCR调光则不适合应用在灯具亮度要求较低的场合，因为灯具亮度低则意味着通过灯具的电流小，灯具从而无法正常工作，但CCR调光结构简单，调光也更为平滑。CCR+PWM调光则是在灯具亮度的高区时采用CCR调光的方式，低区采用PWM调光的方式。

通常，采用PWM调光进行LED调光时，通过减小PWM的占空比来使得输入LED驱动芯片的电压减小，进而使得LED亮度减小。如公开号为CN212211443U中国实用新型专利公开了一种采用双PWM信号的调光电路，该电路使用两路PWM信号进行调光，即采用PWM1与PWM2进行调光，灯具的亮度27％在以上时使用PWM1进行调光，灯具的在亮度27％以下则使用PWM2进行调光，解决了单一PWM控制LED驱动电路在低亮度下闪烁的问题，达到最小电流1％精度稳定的效果。

通常，PWM调光的原理是PWM信号的占空比越高，灯具的发光亮度越大，PWM信号的占空比越低，灯具的发光亮度越小。但是，受开关器件的硬件限制，如PWM2连接的场效应管的开启电压限制，当PWM2的占空比较小时，场效应管无法导通，从而使得LED无法达到亮度1％以下的稳定控制。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种基于双PWM信号的调光电路，解决了现有采用PWM调光的LED调光电路的调光深度无法达到1％以下的问题。

本发明的第二目的是提供一种智能灯具，该智能灯具调光深度可低至0.1％。

本发明的第三目的是提供一种基于双PWM信号的调光电路的调光方法。

为了实现上述的第一目的，本发明提供的基于双PWM信号的调光电路包括第一调光电路、第二调光电路以及恒流驱动电路，第一调光电路的输入端接收第一脉宽调制信号，第一调光电路的输出端连接恒流驱动电路的输入端；第二调光电路的输入端接收第二脉宽调制信号，第二调光电路的输出端连接恒流驱动电路的输入端；第一调光电路包括第一开关器件，第二调光电路包括第二开关器件，第一开关器件用于控制第一调光电路的输出端与恒流驱动电路的输入端的连接，第二开关器件用于控制第二调光电路的输出端与恒流驱动电路的输入端的连接；其中，第二脉宽调制信号的占空比增大时，恒流驱动电路的输入端所接收到的电压减小。

由上述方案可见，通过增大第二脉宽调制信号的占空比，使得恒流输出电路的输入端接收到的电压减小，解决了现有技术中因场效应管等开关器件开启电压的限制而无法进一步减小脉宽调制信号的占空比从而减小亮度至1％以下的问题。

进一步的方案是，第一开关器件包括三极管，三极管向恒流驱动电路输出电压信号。

由此可见，令三极管处于饱和区或截止区可实现开关的功能，进而控制第一调光电路输出至恒流输出电路的电压大小。

进一步的方案是，第二开关器件的一个电流端连接至恒流驱动电路的输入端，第二开关器件的一个电流端接地。

为了实现上述的第二目的，本发明提供的智能灯具包括调光电路以及发光器件，调光电路包括调光电路包括第一调光电路、第二调光电路以及恒流驱动电路，第一调光电路的输入端接收第一脉宽调制信号，第一调光电路的输出端连接恒流驱动电路的输入端；第二调光电路的输入端接收第二脉宽调制信号，第二调光电路的输出端连接恒流驱动电路的输入端；第一调光电路包括第一开关器件，第二调光电路包括第二开关器件，第一开关器件用于控制第一调光电路的输出端与恒流驱动电路的输入端的连接，第二开关器件用于控制第二调光电路的输出端与恒流驱动电路的输入端的连接；恒流驱动电路的输出端向发光器件输出电流；其中，第二脉宽调制信号的占空比增大时，恒流驱动电路的输入端所接收到的电压减小。

由上述方案可见，增大第二脉宽调制信号的占空比，使得恒流输出电路的输入端接收到的电压减小，进而使得智能灯具的亮度可调节至1％以下，解决了现有智能灯具调光深度无法达到1％以下的问题。

进一步的方案是，第一开关器件包括三极管，三极管向恒流驱动电路输出电压信号。

由此可见，令三极管处于饱和区或截止区可实现开关的功能，进而控制第一调光电路输出至恒流输出电路的电压大小。

进一步的方案是，第二开关器件的一个电流端连接至恒流驱动电路的输入端，第二开关器件的一个电流端接地。

为了实现上述的第三目的，本发明提供的基于双PWM信号的调光电路的调光方法包括降低第一脉宽调制信号的占空比，使得第一调光电路向恒流驱动电路输出的电压到达预设值，其中，增加第二脉宽调制信号的占空比，恒流驱动电路的输入端所接收到的电压减小。

由上述方案可见，通过增大第二脉宽调制信号的占空比，避免了占空比过小导致场效应管等开关器件无法导通而带来的调光深度无法低至1％以下的问题，实现了调光深度低至0.1％的稳定控制。

进一步的方案是，调节第二脉宽调制信号的占空比时，保持第一脉宽调制信号的占空比恒定。

由此可见，第一脉宽调制信号的占空比恒定有利于第一调光电路输出电压的稳定，避免占空比过低带来的波形畸变等问题，

进一步的方案是，第一调光电路向恒流驱动电路输出的电压到达预设电压值前，保持第二开关器件处于截止状态。

由此可见，第二开关器件在第一调光电路向恒流驱动电路输出的电压到达预设电压值前保证截止状态，有利于第一调光电路的独立调光。

附图说明

图1是本发明智能灯具实施例的结构框图。

图2是本发明智能灯具实施例的电路原理图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1，本实施例提供的智能灯具包括调光电路以及发光器件，调光电路包括第一调光电路11、第二调光电路12及恒流驱动电路13，发光器件包括LED芯片21。第一调光电路11的输入端接收第一脉宽调制信号1，第一调光电路11的输出端连接恒流驱动电路13的输入端。第二调光电路12的输入端接收第二脉宽调制信号2，第二调光电路12的输出端连接恒流驱动电路13的输入端。第一调光电路11包括第一开关器件，第二调光电路12包括第二开关器件，第一开关器件用于控制第一调光电路11的输出端与恒流驱动电路13的输出端的连接，第二开关器件用于控制第二调光电路12的输出端与恒流驱动电路13的输入端的连接。恒流驱动电路13的输出端向LED芯片21输出电流。

参见图2，第一调光电路11的输入端接收第一脉宽调制信号1，第一脉宽调制信号1可由PWM信号发生器产生且幅值可调，第一脉宽调制信号1被电阻R11接收，电阻R11的两端连接有电阻R12与电容C6，并且电阻R12与电容C6共地，电阻R11远离第一脉宽调制信号1的一端连接有三极管Q4的基极，三极管Q4的集电极连接5V直流电源，三极管Q4的发射极连接有电阻R3，电阻R3远离三极管Q4发射极的一端连接有电阻R13,电阻R13远离电阻R3的一端接地，电阻R3远离三极管Q4的一端与R13远离地的一端连接有电阻R4，电阻R4远离电阻R3及电阻R12的一端连接有LED恒流芯片的3脚。

第二调光电路12的输入端接收第二脉宽调制信号2，第二脉宽调制信号2可由PWM信号发生器产生且频率及占空比可调，第二脉宽调制信号2与场效应管Q6的栅极连接，场效应管Q6的栅极连接有电阻R16，电阻R16远离栅极的一端与场效应管Q6的源极共地，场效应管Q6的漏极连接电阻R4，电阻R4远离场效应管Q6的漏极的一端连接恒流芯片U1的第3脚。恒流驱动电路13包括恒流芯片U1，恒流芯片U1有6个引脚，其中第3脚通过接收并处理第一调光电路11与第二调光电路12输入的PWM信号，控制第5脚连接的场效应管Q5通断，从而控制LED芯片21的通断，进而控制LED芯片21的亮度。

参照图2，实际调光时，当LED芯片21的亮度在5％以上时，将第二脉宽调制信号2设置为恒定低电平，此时场效应管Q6截止，则进入恒流芯片U1的第3脚的信号仅由第一调光电路11提供，第一调光电路11输出至恒流芯片U1的第3脚的信号由第一脉宽调制信号1控制，可通过调节第一脉宽调制信号1的占空比以控制第一调光电路11输出的幅值，恒流驱动电路13根据接收到的第一调光电路11输出的信号调节LED芯片21的亮度，增大第一脉宽调制信号1的占空比则LED芯片21的亮度增大，减小第一脉宽调制信号1的占空比则LED芯片21的亮度减小。当LED芯片21的亮度固定在5％时，由于三极管Q4内部的结电容特性，若继续减小第一脉宽调制信号1的占空比来降低LED芯片21的亮度，则会使得恒流芯片U1的第3脚接收到的信号波形产生畸变及消项，经过恒流芯片内部处理及损耗后，LED芯片21会表现出抖动或直接灭掉，所以LED芯片21的亮度需调节至5％或以下时，不适合通过上述LED芯片21的亮度在5％以上时的调光方式进行调光。

当LED芯片21的亮度需调节到5％及以下时，保持第一脉宽调制信号1固定在LED芯片21的亮度为5％时的幅值不变，通过相应的调光算法使得第二脉宽调制信号2输出一定频率及占空比的信号，驱动场效应管Q6的导通与截止，当场效应管Q6导通时，第一调光电路11输出的信号被短路，此时恒流驱动芯片U1的第3脚接收到的信号为0，当场效应管Q6截止时，第一调光电路11正常向恒流芯片U1的第3脚输出信号，因此可以通过增大第二脉宽调制信号2的占空比，使得输入恒流芯片U1的第3脚的信号减小。

当LED芯片21的亮度需从5％向下调整时，恒流芯片U1的第3脚接收到的信号的频率由第二脉宽调制信号2的频率控制，且第二脉宽调制信号2的占空比增大时，恒流芯片U1的第3脚接收到的信号的幅值减小，达到了进一步调低LED芯片亮度的目的。由于场效应管开启电压的限制，现有的PWM调光电路的PWM信号在占空比较小，场效应管无法导通，从而导致调节的LED芯片亮度无法做到1％以下，而本发明通过增大PWM信号的占空比的形式，避免了场效应管开启电压的限制，从而能实现调光深度低至0.1％且无扰动的良好效果。本发明的调光电路及调光方法可以用于所有恒流驱动方案，为健康照明、智能照明提供了可行的方案。

Claims (9)

1.一种基于双PWM信号的调光电路，包括第一调光电路、第二调光电路以及恒流驱动电路，所述第一调光电路的输入端接收第一脉宽调制信号，所述第一调光电路的输出端连接所述恒流驱动电路的输入端；所述第二调光电路的输入端接收第二脉宽调制信号，所述第二调光电路的输出端连接所述恒流驱动电路的输入端；所述第一调光电路包括第一开关器件，所述第二调光电路包括第二开关器件，所述第一开关器件用于控制所述第一调光电路的输出端与所述恒流驱动电路的输入端的连接，所述第二开关器件用于控制所述第二调光电路的输出端与所述恒流驱动电路的输入端的连接；

其特征在于：

所述第二脉宽调制信号的占空比增大时，所述恒流驱动电路的输入端所接收到的电压减小。

2.如权利要求1所述的一种基于双PWM信号的调光电路，其特征在于：

所述第一开关器件包括三极管，所述三极管向所述恒流驱动电路输出电压信号。

3.如权利要求1或2所述的一种基于双PWM信号的调光电路，其特征在于：

所述第二开关器件的一个电流端连接至所述恒流驱动电路的输入端，所述第二开关器件的一个电流端接地。

4.智能灯具，包括调光电路以及发光器件，所述调光电路包括第一调光电路、第二调光电路以及恒流驱动电路，所述第一调光电路的输入端接收第一脉宽调制信号，所述第一调光电路的输出端连接所述恒流驱动电路的输入端；所述第二调光电路的输入端接收第二脉宽调制信号，所述第二调光电路的输出端连接所述恒流驱动电路的输入端；所述第一调光电路包括第一开关器件，所述第二调光电路包括第二开关器件，所述第一开关器件用于控制所述第一调光电路的输出端与所述恒流驱动电路的输入端的连接，所述第二开关器件用于控制所述第二调光电路的输出端与所述恒流驱动电路的输入端的连接，所述恒流驱动电路的输出端向所述发光器件输出电流；

其特征在于：

所述第二脉宽调制信号的占空比增大时，所述恒流驱动电路的输入端所接收到的电压减小。

5.如权利要求4所述的智能灯具，其特征在于：

所述第一开关器件包括三极管，所述三极管向所述恒流驱动电路输出电压信号。

6.如权利要求4或5所述的智能灯具，其特征在于：

所述第二开关器件的一个电流端连接至所述恒流驱动电路的输入端，所述第二开关器件的一个电流端接地。

7.应用如权利要求1至3任一项所述的一种基于双PWM信号的调光电路的调光方法，包括：

降低所述第一脉宽调制信号的占空比，使得所述第一调光电路向所述恒流驱动电路输出的电压到达预设电压值；

其特征在于：

增加所述第二脉宽调制信号的占空比，使得所述恒流驱动电路的输入端所接收到的电压减小。

8.如权利要求7所述的一种基于双PWM信号的调光电路的调光方法，其特征在于：

调节所述第二脉宽调制信号的占空比时，保持所述第一脉宽调制信号的占空比恒定。

9.如权利要求7或8所述的一种基于双PWM信号的调光电路的调光方法，其特征在于：

在所述第一调光电路向所述恒流驱动电路输出的电压到达预设电压值前，保持所述第二开关器件处于截止状态。

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