一種基于最佳光效的led電光源自適應控制裝置及其自適應控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于最佳光效的LED電光源自適應控制裝置及其自適應控制方法，其特征包括：整流模塊、PFC模塊、LED模組、MCU控制模塊、溫度檢測模塊、照度檢測模塊、恒流驅(qū)動模塊、電流檢測模塊。本發(fā)明能通過MCU控制模塊來自動調(diào)節(jié)LED電光源的工作電流，從而能減少LED電光源產(chǎn)生的熱量，降低LED電光源的工作溫度，進而提高LED電光源的光效，提高LED電光源的智能化。
【專利說明】
一種基于最佳光效的LED電光源自適應控制裝置及其自適應控制方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種基于最佳光效的LED電光源自適應控制裝置及其自適應控制方法，屬于半導體照明領域。
【背景技術】
[0002]能源危機、溫室效應以及生態(tài)環(huán)境的日益惡化時刻提醒著人們，地球已經(jīng)不堪，改變?nèi)藗兊哪茉传@取方式以及提高能源利用率已經(jīng)成為當前世人的共識。
[0003]由于在世界電力的使用結構中，照明用電占總用電量的19%;在我國照明用電約占全國總用電量的12%，而且我國每年的照明用電增速(保守估計)大約為5%。雖然因各國經(jīng)濟發(fā)展的水平不同，照明用電所占比重也有所差別，但是照明耗能已經(jīng)成為了各國能源消費的重要組成部分。照明節(jié)能問題也就成了各國政府及專業(yè)人員必須面對的棘手問題。
[0004]作為第四代照明光源，LED(Light Emitting D1de)即發(fā)光二級管由于其自身具有高效節(jié)能、超長壽命、安全環(huán)保、可控性和適用性強等優(yōu)點，逐漸出現(xiàn)在人們的視野之中，并日漸被廣泛的應用到各行各業(yè)中。
[0005]盡管LED有以上諸多優(yōu)點，但由于LED的自身缺陷以及制造技術尚未成熟，導致LED有以下幾點的不足:
[0006]1、大功率LED散熱技術還不夠成熟，溫度升高會LED光衰加快，直接影響LED的壽命;
[0007]2、市場上普通的LED光源普遍工作在其額定狀態(tài)，光效并不是處于最佳狀態(tài)；
[0008]3、普通的LED光源一旦定型就只能工作在一種狀態(tài)，并不能智能化地來調(diào)節(jié)其工作狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術的不足之處，提供一種基于最最佳光效的LED電光源自適應控制裝置及其自適應控制方法，以期能通過MCU控制模塊來自動調(diào)節(jié)LED電光源的工作電流，從而能減少LED電光源產(chǎn)生的熱量，降低LED電光源的工作溫度，進而提高LED電光源的光效，提高LED電光源的智能化。
[0010]為解決現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明所采用的技術方案為:
[0011]本發(fā)明一種基于最佳光效的LED電光源自適應控制裝置的特點包括:整流模塊、PFC模塊、LED模組、MCU控制模塊、溫度檢測模塊、照度檢測模塊、恒流驅(qū)動模塊、電流檢測模塊；
[0012]所述整流模塊接入外部輸入電源，用于將交流電轉化為直流電，并與所述PFC模塊相連；
[0013]所述PFC模塊用于提高所述LED電光源自適應控制裝置的功率因數(shù)，并與所述LED模組和所述恒流驅(qū)動模塊相連，分別為所述LED模組和恒流驅(qū)動模塊供電；
[0014]所述恒流驅(qū)動模塊與LED模組相連，用于調(diào)節(jié)所述LED模組的工作電流；
[0015]所述恒流驅(qū)動模塊與所述M⑶控制模塊相連，用于接收所述M⑶控制模塊發(fā)送的控制信號；
[0016]所述電流檢測模塊與所述恒流驅(qū)動模塊相連，用于檢測所述恒流驅(qū)動模塊的驅(qū)動電流并將檢測到的驅(qū)動電流提供給所述MCU控制模塊
[0017]所述溫度檢測模塊和照度檢測模塊分別與所述LED模組相連，分別用于檢測所述LED模組的溫度和照度并將檢測到的溫度和照度提供給所述MCU控制模塊；
[0018]所述MCU控制模塊根據(jù)所接收到的驅(qū)動電流、溫度和照度來控制所述恒流驅(qū)動模塊，從而調(diào)節(jié)所述LED模組的工作電流。
[0019]本發(fā)明所述的基于最佳光效的LED電光源自適應控制裝置的特點也在于:
[0020]所述LED模組是由η組LED燈珠串組成;相鄰兩組LED燈珠串為串聯(lián)連接;每組LED燈珠串包含m個LED燈珠，且其中任意兩個LED燈珠為并聯(lián)連接;n>I;m>0。
[0021 ]所述LED燈珠串中的LED燈珠的個數(shù)m是根據(jù)LED燈珠的額定電流與所述LED燈珠的工作電流之比并向下取整而獲得的。
[0022 ]所述LED燈珠串的組數(shù)η是根據(jù)所述PFC模塊的輸出電壓與所述LED燈珠的工作電流所對應的工作電壓之比并向下取整而獲得的。
[0023]本發(fā)明一種基于最佳光效的LED電光源自適應控制方法的特點是按如下步驟進行:
[0024]步驟1、對自適應控制裝置進行初始化并上電；
[0025]步驟2、所述M⑶控制模塊將占空比為P的PWM控制信號發(fā)送給恒流驅(qū)動模塊，用來調(diào)節(jié)所述恒流驅(qū)動模塊的驅(qū)動電流；
[0026]步驟3、所述MCU控制模塊判斷所述恒流驅(qū)動模塊的驅(qū)動電流是否大于LED模組所能長期承受的最大工作電流;若大于，則執(zhí)行步驟4;否則，執(zhí)行步驟5;
[0027]步驟4、降低所述M⑶控制模塊發(fā)送的PffM控制信號的占空比P，并返回步驟2執(zhí)行；
[0028]步驟5、等待自適應控制裝置運行T小時后，利用照度檢測模塊采集LED模組的照度，并判斷所述照度是否大于預設的參考照度，若大于，則返回步驟4執(zhí)行;若小于，則執(zhí)行步驟6;若等于，則執(zhí)行步驟7;
[0029]步驟6、增大所述M⑶控制模塊發(fā)送的PffM控制信號的占空比P，并返回步驟2執(zhí)行；
[0030]步驟7、利用溫度檢測模塊采集所述LED模組的溫度，并判斷所述溫度是否大于LED產(chǎn)生光衰時的臨界溫度;若小于等于，則執(zhí)行步驟8;否則返回步驟4執(zhí)行，
[0031 ] 步驟8:自適應控制裝置正常工作。
[0032]本發(fā)明所述的自適應控制方法的特點也在于，所述步驟I是按如下過程進行:
[0033]步驟1.1:設置所述恒流驅(qū)動模塊的工作電流為其額定電流；
[0034]步驟1.2:設置所述M⑶控制模塊中的相關參考參數(shù)，包括:所述LED模組的參考照度、所述LED模組所在電路板的臨界溫度及所述LED模組可長期承受的最大工作電流；
[0035]步驟1.3:設置所述MCU控制模塊向所述恒流驅(qū)動模塊發(fā)送的初始P麗控制信號的占空比為P;
[0036]步驟1.4:上電。
[0037]與已有技術相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在:
[0038]1、本發(fā)明通過在LED電光源中添加了 M⑶控制模塊，通過MCU控制模塊發(fā)送PffM控制信號來改變LED電光源的工作電流，進而調(diào)節(jié)LED電光源的工作溫度及照度，并根據(jù)此時的LED電光源的工作溫度和照度，來調(diào)節(jié)MCU控制模塊所發(fā)送的PffM控制信號的占空比，進而改變了LED電光源的工作電流，最終找到了LED電光源的最佳工作點，從而有效降低了LED電光源的工作溫度，達到了提高LED電光源的光效和延長壽命的目的。
[0039]2、本發(fā)明由于添加了溫度檢測模塊，會及時檢測LED電光源的工作溫度并反饋給MCU控制模塊，以便及時調(diào)節(jié)LED電光源的工作電流，進而使LED電光源的工作溫度始終工作在合適的范圍內(nèi)，最大程度上減少了溫度過高而產(chǎn)生的光衰現(xiàn)象，延長了LED電光源的使用壽命;
[0040]3、本發(fā)明通過檢測自身的工作狀態(tài)如溫度的高低、照度的強弱等，來及時的調(diào)整LED電光源的驅(qū)動電流，以此提高了 LED電光源的智能化。
【附圖說明】
[0041]圖1是本發(fā)明基于最佳光效的LED電光源自適應系統(tǒng)的整體電路框圖；
[0042]圖2是本發(fā)明中PFC模塊的電路示意圖；
[0043]圖3是本發(fā)明基于最佳光效的LED電光源自適應系統(tǒng)上電前參數(shù)設置流程圖；
[0044]圖4是本發(fā)明基于最佳光效的LED電光源自適應系統(tǒng)上電后工作流程圖；
[0045]圖5是LED電光源光效與電流之間的關系示意圖。
【具體實施方式】
[0046]本實施例中，如圖1所示，基于最佳光效的LED電光源自適應控制裝置，包括以下模塊:整流模塊、PFC模塊、LED模組、MCU控制模塊、溫度檢測模塊、照度檢測模塊、恒流驅(qū)動模塊、電流檢測模塊。
[0047]其中，整流模塊由4個1N4007的整流二極管組成，并接入外部交流輸入電源，用于將交流電轉換為直流電；然后與PFC模塊相連，用于提高LED電光源自適應控制裝置的功率因數(shù)，PFC模塊的電路圖如圖2所示。
[0048]PFC模塊的輸出電壓為250?400V，并分別與LED模組和恒流驅(qū)動模塊相連，用于為LED模組和恒流驅(qū)動模塊供電；
[0049]恒流驅(qū)動模塊與M⑶控制模塊相連，用于接收所述M⑶控制模塊發(fā)送的控制信號。恒流驅(qū)動模塊由NU507恒流驅(qū)動芯片組成，并與LED燈珠模組相連，用于控制并調(diào)節(jié)LED燈珠模組的工作電流；
[0050]LED燈珠模組是由η= 100組LED燈珠串以串聯(lián)連接方式組成，每組LED燈珠串包含m=3個LED燈珠，且每組LED燈珠串中任意兩個LED燈珠為并聯(lián)連接。具體實施中，LED燈珠串中的LED燈珠的個數(shù)m是根據(jù)LED燈珠的額定電流與LED燈珠的工作電流之比并向下取整而獲得的。LED燈珠串的組數(shù)η是根據(jù)PFC模塊的輸出電壓與LED燈珠的工作電流所對應的工作電壓之比并向下取整而獲得的。
[0051 ]電流檢測模塊與恒流驅(qū)動模塊相連，用于檢測恒流驅(qū)動模塊的驅(qū)動電流并提供給MCU控制模塊；
[0052]溫度檢測模塊和照度檢測模塊分別與LED模組相連，分別用于檢測LED模組的溫度和照度并提供給MCU控制模塊；
[0053]MCU控制模塊根據(jù)所接收到的驅(qū)動電流、溫度和照度來控制恒流驅(qū)動模塊，從而調(diào)節(jié)LED模組的工作電流。
[0054]本實施例中，基于最佳光效的LED電光源自適應控制方法是按如下步驟進行:
[0055]上電之前，需要先對自適應控制裝置進行初始化，如圖3所示，其中初始化包括以下幾項內(nèi)容:
[0056]1、設置恒流驅(qū)動模塊的工作電流為其額定電流；
[0057]2、設置MCU控制模塊中的幾個參考參數(shù):LED模組的參考照度400Lux、LED模組所在電路板的臨界溫度為60 °C及LED模組可長期承受的最大工作電流為60mA; LED模組的參考照度指的是LED模組應該達到的照度;LED模組可長期承受的最大工作電流為LED燈珠的額定電流;LED模組所在電路板的臨界溫度指的是若該電路板的溫度大于其臨界溫度，則LED模組會產(chǎn)生嚴重的光衰現(xiàn)象。通常情況下，可以認為這個臨界溫度為60°C;
[0058]3、設置M⑶控制模塊向恒流驅(qū)動模塊發(fā)送的初始PffM控制信號的占空比P = 0.5;
[0059]上電之后，自適應控制裝置的工作流程如圖4所示，具體步驟如下:
[0060]步驟1、iCU控制模塊將占空比為P的PWM控制信號發(fā)送給恒流驅(qū)動模塊；用來調(diào)節(jié)恒流驅(qū)動模塊的驅(qū)動電流；
[0061]步驟2、MCU控制模塊判斷恒流驅(qū)動模塊的驅(qū)動電流是否大于LED模組所能長期承受的最大工作電流;若大于，則執(zhí)行步驟3;否則，執(zhí)行步驟4;
[0062]步驟3、降低MCU控制模塊發(fā)送的PffM控制信號的占空比P，每次降低0.05，并返回步驟2執(zhí)行;本實施例中，每次占空比P降低0.05 ；
[0063]步驟4、等待自適應控制裝置運行T小時后，利用照度檢測模塊采集LED模組的照度，并判斷照度是否大于預設的參考照度，若大于，則返回步驟3執(zhí)行;若小于，則執(zhí)行步驟5 ；若等于，則執(zhí)行步驟6;本實施例中，T為半個小時；
[0064]步驟5、增大MCU控制模塊發(fā)送的PffM控制信號的占空比P，每次增大P，并返回步驟2執(zhí)行;本實施例中，每次增大0.05 ；
[0065]步驟6、利用溫度檢測模塊采集LED模組的溫度，并判斷溫度是否大于60°C;若小于等于，則執(zhí)行步驟7;否則返回步驟3執(zhí)行；
[0066]步驟7:自適應控制裝置正常工作，圖5為自適應控制裝置工作過程中光效E隨著驅(qū)動電流I的變化示意圖，最終自適應控制裝置會工作在圖中的e點。
【主權項】
1.一種基于最佳光效的LED電光源自適應控制裝置，其特征包括:整流模塊、PFC模塊、LED模組、MCU控制模塊、溫度檢測模塊、照度檢測模塊、恒流驅(qū)動模塊、電流檢測模塊； 所述整流模塊接入外部輸入電源，用于將交流電轉化為直流電，并與所述PFC模塊相連； 所述PFC模塊用于提高所述LED電光源自適應控制裝置的功率因數(shù)，并與所述LED模組和所述恒流驅(qū)動模塊相連，分別為所述LED模組和恒流驅(qū)動模塊供電； 所述恒流驅(qū)動模塊與LED模組相連，用于調(diào)節(jié)所述LED模組的工作電流； 所述恒流驅(qū)動模塊與所述MCU控制模塊相連，用于接收所述MCU控制模塊發(fā)送的控制信號； 所述電流檢測模塊與所述恒流驅(qū)動模塊相連，用于檢測所述恒流驅(qū)動模塊的驅(qū)動電流并將檢測到的驅(qū)動電流提供給所述MCU控制模塊 所述溫度檢測模塊和照度檢測模塊分別與所述LED模組相連，分別用于檢測所述LED模組的溫度和照度并將檢測到的溫度和照度提供給所述MCU控制模塊； 所述MCU控制模塊根據(jù)所接收到的驅(qū)動電流、溫度和照度來控制所述恒流驅(qū)動模塊，從而調(diào)節(jié)所述LED模組的工作電流。2.根據(jù)權利要求1所述的基于最佳光效的LED電光源自適應控制裝置，其特征是，所述LED模組是由η組LED燈珠串組成;相鄰兩組LED燈珠串為串聯(lián)連接;每組LED燈珠串包含m個LED燈珠，且其中任意兩個LED燈珠為并聯(lián)連接;n>I;m>0。3.根據(jù)權利要求1所述的基于最佳光效的LED電光源自適應控制裝置，其特征是，所述LED燈珠串中的LED燈珠的個數(shù)m是根據(jù)LED燈珠的額定電流與所述LED燈珠的工作電流之比并向下取整而獲得的。4.根據(jù)權利要求1所述的基于最佳光效的LED電光源自適應控制裝置，其特征是，所述LED燈珠串的組數(shù)η是根據(jù)所述PFC模塊的輸出電壓與所述LED燈珠的工作電流所對應的工作電壓之比并向下取整而獲得的。5.一種基于最佳光效的LED電光源自適應控制方法，其特征是按如下步驟進行: 步驟1、對自適應控制裝置進行初始化并上電； 步驟2、所述MCU控制模塊將占空比為P的PWM控制信號發(fā)送給恒流驅(qū)動模塊，用來調(diào)節(jié)所述恒流驅(qū)動模塊的驅(qū)動電流； 步驟3、所述MCU控制模塊判斷所述恒流驅(qū)動模塊的驅(qū)動電流是否大于LED模組所能長期承受的最大工作電流;若大于，則執(zhí)行步驟4;否則，執(zhí)行步驟5; 步驟4、降低所述MCU控制模塊發(fā)送的PffM控制信號的占空比P，并返回步驟2執(zhí)行； 步驟5、等待自適應控制裝置運行T小時后，利用照度檢測模塊采集LED模組的照度，并判斷所述照度是否大于預設的參考照度，若大于，則返回步驟4執(zhí)行;若小于，則執(zhí)行步驟6;若等于，則執(zhí)行步驟7; 步驟6、增大所述MCU控制模塊發(fā)送的PffM控制信號的占空比P，并返回步驟2執(zhí)行； 步驟7、利用溫度檢測模塊采集所述LED模組的溫度，并判斷所述溫度是否大于LED產(chǎn)生光衰時的臨界溫度;若小于等于，則執(zhí)行步驟8;否則返回步驟4執(zhí)行， 步驟8:自適應控制裝置正常工作。6.根據(jù)權利要5所述的自適應控制方法，其特征是，所述步驟I是按如下過程進行: 步驟1.1:設置所述恒流驅(qū)動模塊的工作電流為其額定電流； 步驟1.2:設置所述MCU控制模塊中的相關參考參數(shù)，包括:所述LED模組的參考照度、所述LED模組所在電路板的臨界溫度及所述LED模組可長期承受的最大工作電流； 步驟1.3:設置所述MCU控制模塊向所述恒流驅(qū)動模塊發(fā)送的初始PWM控制信號的占空比為P; 步驟1.4:上電。
【文檔編號】H05B33/08GK105898929SQ201610383029
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】王建平, 李偉, 徐曉冰, 徐志戶, 黃濤, 許可義
【申請人】合肥工業(yè)大學