CN1678157A - 一种调节控制led灯光亮度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED灯光调节控制方法，主要是利用人眼的视觉惰性、主观感觉亮度理论和LED灯发光响应速度快的特性，通过调节LED灯的工作电源主频在60Hz至180Hz范围内时控制LED灯工作电压的导通脉宽，实现对LED灯光亮度的控制，并确保LED灯在整个调光范围内保持纯净的白光色彩。这种控制工作电压于一定主频范围之内，并通过调节工作电压在周期时间内导通脉宽的方法，也可用于对其他光色的LED灯在保持其基本光色不发生改变的前提下进行发光亮度的调节控制。本发明切实解决了LED灯在实际应用中对其发光亮度进行调节的一大难题，有助于极具节能效果、发光效率高、工作寿命长和工作时无污染等优点的LED灯在人类的照明领域中发挥更大的作用。

Description

一种调节控制LED灯光亮度的方法

技术领域

本发明涉及一种灯光亮度调节控制方法，特别是一种调节控制LED灯光亮度的方法。

背景技术

节约能源是一项全球性的课题。自从爱迪生发明了电灯以来，白炽灯统治了人类照明领域百余年，但是由于近代工业的大发展，能源危机已波及到人们生活几乎所有的领域，为了节约能源，人们自然地想到每年消耗大量能源的照明光源。目前，随着发光半导体技术的进步，半导体发光二极管(即LED)的亮度正在不断地提高，尤其是白色发光二极管，由于其具有全固体、无污染、寿命长及超低功耗等特点，目前已发展成为一种高节能、高可靠的照明光源。白色发光二极管的工作，主要是以蓝色发光二极管发出的蓝光作为基础光源，将其中的一部分蓝光用来激发荧光粉，使荧光粉发出黄绿色光、红色光或绿色光；另一部分蓝光透射出来，与荧光粉发出的黄绿色光、红色光或绿色光混合组成白光。利用这种发光二极管制成的照明用具(即为LED灯)，其亮度约是普通白炽灯的近3倍，耗能仅为普通白炽灯的1/10，而工作寿命却是普通白炽灯的100倍以上。因此，LED灯大有替代目前的大部分照明光源的趋势，前景十分诱人。

目前白炽灯的应用范围之所以很广泛，不仅涉足环境照明，而且还涉足到了舞台照明及艺术照明等，其中一个重要原困是它可以受控、可以调节光的亮度，使其可应用的场合大大增加。而对于LED发光半导体灯来说，虽然已经研发了几十年，但至今对LED灯进行调光控制的技术还没有突破性的成果。由于LED灯发光，需要提供额定的工作偏置电压和电流，否则将影响LED灯的触发动作和发光颜色。所以不能通过采用调节其偏置电压和工作电流的方式直接对LED灯进行调光控制，这使LED灯的应用场合受到很大的限制。

发明内容

本发明的目的是要提供一种调节控制LED灯发光亮度的方法，以使LED灯充分发挥其全固体、无污染、工作寿命长和超低能耗、节能效果显著的自身优点，不仅能满足亮度固定不变使用场合的要求，而且还能满足亮度可以实时调节控制的特殊应用场合的要求。

本发明是这样实现的：根据人眼的视觉惰性和主观感觉亮度的理论，以及LED发光二极管灯发光响应速度快的特点，采用对LED发光二极管灯的工作电压进行脉冲宽度调制的方法，通过调节在主频60Hz至180Hz范围内时的电压导通脉宽，实现对LED发光二极管灯的发光亮度进行调节控制，同时确保LED发光二极管灯在整个调光范围内发出的光保持纯净的白色。

众所周知，当人眼受到周期性光脉冲照射时，在重复频率不够高时，由于有光时和无光时在亮度感觉上存在有可分辨的时间差，所以会产生一明一暗的闪烁感觉。而当将重复频率提高到某一定值以上时，人眼就察觉不到这是脉冲光源，从而形成似乎是均匀的、不闪烁的感觉。这种不引起闪烁感觉的光脉冲的最低重复频率，称为临界闪烁颇率(用fc表示)。

临界闪烁频率fc与很多因素有关，其中最主要的是光脉冲亮度L_m，它们之间的关系可用以下经验公式近似表示：

f_c＝algL_m+b

式中a和b均为常数。对于LED灯来讲，f_c用cd/m²为单位，常数a约为9.6，b约为26.6。研究事实证明：当L_m＝100cd/m²时，临界闪烁频率f_c约为45.8Hz。但随着L_m的提高，临界闪烁频率f_c也将随之提高。

此外，临界闪烁频率f_c还与亮度变化的幅度有关，亮度变化幅度越大，临界闪烁频率f_c也就越高。同时，明/亮时间的占空比、相继二次发光体本身的亮度分布和颜色、从观看者到发光体间的距离以及环境条件等.也都对临界闪烁频率f_c有一定影响。

对于重复频率在临界闪烁频率以上的光脉冲，人眼不再感觉到有闪烁感。此时，主观感觉的亮度等于光脉冲亮度的平均值。即

$S=\frac{1}{T}{\∫}_0^{T}L\left(t\right)\mathrm{df}$

式中，L(t)为光脉冲亮度的时间函数；T为重复周期。由上式描述的规律称为塔尔博特—普拉窦定律(Talbot-Plateau Law)，是本发明研究设计对调节控制LED灯光光亮度方法的重要理论依据之一。

依据本发明的方法的构思，设计研制了一套对LED发光二极管灯光亮度进行调节控制的电气线路，探明了对LED发光二极管灯的工作电压进行脉冲宽度调制的规律。发现：当调节工作电压主频在60Hz至180Hz范围内时控制导通脉冲的宽度，可以有效地实现对LED发光二极管灯光亮度的调节控制；可以确保LED发光二极管灯在整个调光范围内发出的光保持纯净的白色；其亮度调节范围可为5％至100％。因而，使采用本发明方法的LED发光二极管灯，在实际使用中可以在确保具有日常照明光色的同时，还可按照用户需求进行灯光亮度的即时调节控制，从而极大地扩大了其适用范围。使其极长的工作寿命、极高的发光效率、极低的工作能耗及无污染等优点得到充分发挥。充分说明本发明所涉及的一种调节控制LED灯光亮度的方法具有明显的技术先进性、显著的经济性和极高的实用性，值得在电气照明领域内大力推广。

附图说明

图1是采用本发明方法的LED灯的接线示意图；

图2是采用本发明方法的LED灯分别工作于100％、99％、50％和5％亮度时相应的各自工作电压V₀的波形图。

具体实施方式

在图1中给示了采用本发明方法的LED灯的接线方法示意图。220V交流电源经基于本发明的方法制造的LED灯调光装置处理后输出经脉宽调制过的、可对LED灯光亮度起调节控制作用的脉冲工作电压V₀。

在图2中分别给示了LED灯在分别调节控制为100％、99％、50％及5％亮度时相应的工作电压V₀的波形。图中t为LED调光主频的一个周期时间，在60Hz至180Hz主频范围内的周期时间t为16.7ms至5.6ms。当亮度为100％时，由采用本发明的方法制造的LED灯调光装置输出的LED灯工作电压V₀为24V直流电压，该工作状态即为现有技术下不可调节亮度时的工作状态；当亮度为99％时，由采用本发明的方法制造的LED灯调光装置输出的LED灯工作电压V₀为24V间隙通/断的直流脉冲电压，在此工作状态下，电压接通的时间远大于断开的时间，在整个周期时间t内，只是瞬间断开；当亮度为50％时，由采用本发明的方法制造的LED灯调光装置输出的LED灯工作电压V₀为24V间隙通/断的直流脉冲电压，在此工作状态下，电压接通的时间等于断开的时间，在整个周期时间t内，接通/断开的时间各占1/2；当亮度为5％时，由采用本发明的方法制造的LED灯调光装置输出的LED灯工作电压V₀为24V间隙通/断的直流脉冲电压，在此工作状态下，电压接通的时间远小于断开的时间，在整个周期时间t内，只是瞬间接通。这种在限定的主频范围内，在相应的周期时间t内，通过调节控制工作电压接通时间的长短，即通电脉冲的宽度，来控制LED灯的发光亮度的方法，是本发明的要点所在。在限定的周期时间t内，电压接通的时间越长，即通电脉冲的宽度越宽，LED灯光的亮度就越高；反之则越低；如果在限定的周期时间t内，电压处于全部接通状态，则LED灯工作于最亮状态，即100％亮度状态。利用人眼的视觉惰性和主观感觉亮度的理论，也利用了LED灯发光响应速度快的特性，在控制工作电源主频在60Hz至180Hz范围内，通过调节工作电压的导通脉冲的宽度，即以脉宽调制的方法，实现对LED灯的发光亮度的调节，同时保证LED灯在整个调光范围内保持纯净的白光色彩，这是本发明的方法用于调节控制白色光LED灯亮度上的典型应用。这种采用对工作电压变频和调节脉宽的方法，也同理可以用于其它光色的LED灯的灯光亮度的调节控制上，并同样可达到其基本色彩不变的效果。

Claims (2)

1.一种调节控制LED灯光亮度的方法，其特征在于通过调节LED发光二极管灯的工作电压的主频和在相应的周期时间内控制工作电压导通脉冲宽度的方法，在确保LED灯在整个调光范围内发出的光保持纯净的要求色彩的同时，实现对LED发光二极管灯的发光亮度进行调节控制。

2.根据权利要求1所述的一种调节控制LED灯光亮度的方法，其特征在于所述的LED灯工作电压的主频范围在60Hz至180Hz内，所述的LED灯发光亮度的调节控制范围为5％至100％，所述的LED灯在所述的工作电压的主频范围内及所述的调光范围内发出的光为纯净的白色。

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