LED照明灯色温和亮度调整互不影响的控制方法

摘要

本发明属于LED照明领域，公开了一种LED照明灯色温和亮度调整互不影响的控制方法，包括初始化阶段的方法和应用阶段的方法，初始化阶段包括测量并储存高色温亮度数值和低色温亮度数值的步骤，应用阶段包括将LED照明灯发出的光调整到目标亮度和目标色温的步骤。本发明实现了调色温时亮度不变，或调亮度时色温不变的技术效果。

说明书

技术领域

本发明属于LED照明领域，尤其涉及一种LED照明灯色温和亮度调整互不影响的控制方法。

背景技术

在人们的日常生活中，需要一种亮度和色温均可调的LED照明灯，进一步地，这种LED照明灯应该具有这样的性能：在某个指定的亮度下，可将色温在一定范围内调整而亮度保持不变。同样，在某个指定的色温下，将亮度在一定范围内调整而色温保持不变。

中国发明专利《一种LED灯亮度和色温控制系统》（申请号：201210255335.9），提出了一个在固定的色温参数下可自由调节亮度的技术方案，该方案的基本原理概述如下：

1、LED灯由多种颜色（如白、红、绿、蓝）的LED光源组成。

2、每种颜色的LED光源设置一个驱动控制模块，这个驱动模块输出的LED驱动电流的大小，以及这个驱动电流的通/断时长比例（占空比）可以分别独立控制。

3、设一个控制芯片控制这些驱动模块，这个控制芯片接收从外界输入的调色信号和调光信号。

4、控制芯片根据调色温信号产生多路驱动信号，分别控制各个驱动模块输出的LED驱动电流的大小，使它们所驱动的LED发出不同颜色和强度的光，经混光后得到目标色温的光。

5、控制芯片输出PWM信号，这个PWM信号的占空比由外界输入的调光信号决定，用这个PWM信号控制所有LED驱动模块输出电流“通”和“断”的时长比例，从而从总体上调整LED照明灯的亮度。

总之，该发明通过控制不同颜色的LED光源的驱动电流的方式“混”出目标色温，再通过控制所有LED光源的驱动电流的通/断时长比例（占空比）的方式控制亮度，按该发明说明书所言，该技术方案“色温”和“亮度”的控制可独立进行，互不干涉，从而达到在固定的色温参数下可自由调节亮度的技术效果。

然而，该发明的技术方案存在以下技术缺陷：

1、该发明需要一种可以由外界信号动态调整输出电流大小（而不是电路参数设置好后即进入“恒流”状态）的LED驱动模块，这种LED驱动模块电路复杂，成本高（实际上该发明的说明书并没有给出该模块的实例），而且此类模块输出电流可动态调整的范围往往有限，受制于此，该方案的色温调整范围要达到该专利说明书中宣称的2200K～6000K范围非常困难；

2、在实际应用中，该发明比较便于实现“在固定的色温参数下可自由调节亮度”，而难以实现“在固定的亮度参数下可自由调节色温”，因为当亮度固定要调整色温时，必须要调整LED的驱动电流，而驱动电流的改变，会立即影响到LED灯的亮度，这时如果要维持原有的亮度，必须要重新调整控制驱动模块的PWM信号的占空比，导致了应用的复杂化。

发明内容

本发明为克服现有技术的缺陷，更好的实现在固定的色温参数下调整亮度（准确地说应该是“光通量”，为表达通俗化，以下均用“亮度”代指“光通量”），以及在固定的亮度参数下调整色温的技术效果而提出。

本发明的技术方案内容如下：

一种LED照明灯色温和亮度调整互不影响的控制方法，其特征是，包括初始化阶段的方法和应用阶段的方法，

所述初始化阶段的方法包括以下步骤：

S1、将LED照明灯从最低亮度到最高亮度分为m级，m为大于1的自然数；

S2、将LED照明灯从最低色温到最高色温分为n级，n为大于1的自然数；

S3、测量在某级亮度下，从第1级到第n级色温状态下的高色温亮度数值和低色温亮度数值，得到n组亮度数值；

S4、进一步测量在其余的m-1级亮度情况下，对应的各级色温的高色温亮度数值和低色温亮度数值，共得到n×m组高色温亮度数值和低色温亮度数值；

S5、将记录这n×m组亮度数值的亮度数值表永久保存在LED照明灯控制芯片的非易失存储器中；

所述应用阶段的方法包括以下步骤：

S6、通过外界控制端向LED照明灯的控制芯片发送控制信息，所述控制信息包括目标亮度级别L和目标色温级别K；

S7、控制芯片中的软件根据L和K从亮度数值表中检索出对应的高色温亮度数值和低色温亮度数值；

S8、控制芯片用步骤S7得到的高色温亮度数值和低色温亮度数值分别控制LED照明灯中的高色温白光LED光源和低色温白光LED光源，从而将LED照明灯发出的光调整到目标亮度和目标色温；

进一步，所述LED照明灯包括高色温LED光源和低色温LED光源。

进一步，所述LED照明灯的最低亮度为0 lm，最高亮度为高色温LED光源全亮而低色温LED光源熄灭时的流明值和低色温LED光源全亮而高色温LED光源熄灭时的流明值中的较小者。

进一步，所述最低色温为LED照明灯中低色温LED光源的色温，所述最高色温为LED照明灯中高色温LED光源的色温。

进一步，所述控制芯片通过PWM控制信号对LED照明灯的亮度进行控制。

本发明有益的技术效果是：LED照明灯在出厂前完成初始化，各个级别的亮度值和色温值均已精确标定。在应用阶段，外界的控制端只需指定亮度级别和色温级别，即可得到预期的亮度值和色温值。进而，外界控制端可以在某个固定亮度级别下只调整色温级别，或是在某个固定色温级别下只调整亮度级别，从而实现调色温时亮度不变，或调亮度时色温不变的技术效果。

附图说明

附图1为本发明实施例的LED照明灯的原理框图；

附图2为本发明控制方法的流程框图。

附图中的编号为：

1．控制芯片；                             2．高色温LED驱动电路；

3．低色温LED驱动电路；        4．高色温LED光源；

5．低色温LED光源。

具体实施方式

以下通过一个具体的实施例，对本发明内容作进一步的说明。

需要特别说明的是，在本说明书中，“亮度数值”是指外界控制端发送给LED照明灯，用于控制LED照明灯亮度的数值，是一个逻辑值，而“亮度值”是指LED光源或LED照明灯发出的光通量的流明值，是一个测量值。

参见附图1, 本发明涉及的LED照明系统由如下部分组成并工作：

1、LED照明灯由高色温和低色温的两种白光LED组成，LED照明灯的亮度和色温由这两种光源发出的光混合而成；

2、为高、低色温的LED光源各设一个驱动电路；

3、设一个控制芯片（MCU）分别控制这两个LED驱动电路；

4、控制芯片接收外界发来的控制信息，控制信息中包含有高色温亮度数值和低色温亮度数值。控制芯片根据这两个亮度数值产生某种类型（如PWM）的控制信号，控制LED驱动电路，进而控制LED光源发出相应亮度的光；

5、将该LED照明灯的最低色温（即低色温LED光源的色温）到最高色温（即高色温LED光源的色温）划分为n级色温：K1、K2、……、Kn-1、Kn，n为大于1的自然数；

6、将高色温LED光源全亮时的流明值和低色温LED光源全亮时的流明值进行比较，取较小者作为该LED照明灯的最大亮度值，将0到这个最大亮度值之间划分为m级亮度：L1、L2、……、Lm-1、Lm，m为大于1的自然数；

7、在实验室环境下，使用专业仪器测量LED照明灯的亮度和色温，由外界控制端给控制芯片输入高色温亮度数值和低色温亮度数值，不断调整高色温亮度数值和低色温亮度数值，使得LED照明灯在亮度值固定为L_P(P=1～m)的情况下，色温值分别为K1、K2、……、Kn-1、Kn，记录在各级色温值时对应的高色温亮度数值和低色温亮度数值，共得到n组数值。因有m级亮度，最终得到n×m组数值。每一组数值包括一个高色温亮度数值和一个低色温亮度数值；

8、将记录这n×m组亮度数值的亮度数值表永久保存在控制芯片（MCU）的非易失存储器中；

步骤7和步骤8将在LED照明灯出厂前的初始化阶段完成；

9、在LED照明灯的应用阶段，外界向LED照明灯发送的控制指令，只需包含目标亮度级别L和目标色温级别K，控制芯片中的软件从亮度数值表中检索出对应L和K的高色温亮度数值和低色温亮度数值，用于控制高色温LED光源和低色温LED光源，从而将LED照明灯发出的光调整到目标亮度和目标色温。

参见附图2，本发明对LED灯照明灯的色温和亮度控制方法包括初始化阶段的方法和应用阶段的方法，所述初始化阶段的方法包括以下步骤：

S1、将LED照明灯从最低亮度到最高亮度分为m级，m为大于1的自然数；

S2、将LED照明灯从最低色温到最高色温分为n级，n为大于1的自然数；

S3、测得在某级亮度下，从第1级到第n级色温状态下的高色温亮度数值和低色温亮度数值，得到n组亮度数值；

S4、进一步测量在其余的m-1级亮度情况下，对应的各级色温的高色温亮度数值和低色温亮度数值，至此一共得到n×m组高色温亮度数值和低色温亮度数值；

S5、将记录这n×m组亮度数值的亮度数值表永久保存在LED照明灯控制芯片的非易失存储器中；

所述应用阶段的方法包括以下步骤：

S6、通过外界控制端向LED照明灯的控制芯片发送控制信息，所述控制信息包括目标亮度级别L和目标色温级别K；

S7、控制芯片中的软件根据L和K从亮度数值表中检索出对应的高色温亮度数值和低色温亮度数值；

S8、控制芯片用步骤S7得到的高色温亮度数值和低色温亮度数值分别控制LED照明灯中的高色温白光LED光源和低色温白光LED光源，从而将LED照明灯发出的光调整到目标亮度和目标色温。

下面通过实施例对本发明作详细阐述：

参见附图1，LED照明灯包括高色温白光LED光源4和低色温白光LED光源5。高色温LED光源4由驱动电路2驱动，低色温LED光源5由驱动电路3驱动。

驱动电路2和驱动电路3受控制芯片1控制。

优选带1个UART通信接口和2个PWM信号发生器，并能永久保存256组亮度数值的MCU，如PIC16F1824，作控制芯片1。

优选色温为6000K的16颗2835白光LED作高色温LED光源。

优选色温为3000K的16颗2835白光LED作低色温LED光源。

高色温LED光源颗粒和低色温LED光源颗粒的安装排列方式应保证这两种光源能够充分良好混光。

控制芯片1通过通信接口接受外界以数据帧形式发来的控制信息，控制信息中包含有高色温LED的亮度数值A和低色温LED的亮度数值B，控制芯片1中的软件用亮度数值A设置PWM信号发生器A，产生亮度控制信号A，用亮度数值B设置PWM信号发生器B，产生亮度控制信号B。亮度控制信号A控制高色温驱动电路2，进而控制高色温LED光源4发出相应亮度的高色温白光，亮度控制信号B控制低色温驱动电路3，进而控制低色温LED光源5发出相应亮度的低色温白光。

在本实施例中，LED照明灯所接受的亮度数值的范围为0～255。亮度数值为0时LED光源将完全熄灭，亮度为0 lm，亮度数值为255时LED光源将全亮。

显然，当高色温LED光源熄灭而仅点亮低色温LED光源时，LED照明灯表现出的色温为3000K。反之，当低色温LED光源熄灭而仅点亮高色温LED光源时，LED照明灯表现出的色温为6000K。

通过试验发现，当高色温LED的亮度数值从255向0变化，同时低色温LED的亮度数值从0向255变化时，LED照明灯的色温将从6000K变化到3000K；反之，当高色温LED的亮度数值从0向255变化，同时低色温LED的亮度数值从255向0变化时，LED照明灯的色温将从3000K变化到6000K。

通过以下步骤对LED照明灯进行初始化：

1、将LED照明灯置于实验室环境下，使用专门仪器监测其光通量和色温。

2、从外界向LED照明灯发送低色温亮度数值0和高色温亮度数值255，使低色温LED光源熄灭而高色温LED光源全亮，记录此时测量到的光通量和色温。在本实施例中测量到的光通量为480lm、色温为6000K。

3、从外界向LED照明灯发送低色温亮度数值255和高色温亮度数值0，使低色温LED光源全亮而高色温LED光源熄灭，记录此时测量到的光通量和色温。在本实施例中测量到的光通量为450lm、色温为3000K。

4、取6000K作该LED照明灯的最高色温，3000K作为该LED照明灯的最低色温。

5、取高色温光源的全亮亮度值480lm和低色温光源的全亮亮度值450lm中的较小值450 lm作为该LED照明灯的最大亮度，0 lm作为该LED照明灯的最小亮度。

6、将LED照明灯从最小亮度0 lm到最大亮度450 lm划分为16级亮度L1～L16。其中，Lm=(m-1)×30 lm，m=1～16。

7、将LED照明灯从最低色温3000K到最高色温6000K划分为16级色温K1～K16。其中，Kn=3000K+(n-1)×200K，n=1～16。

8、调整外界控制端发送给LED照明灯的高色温亮度数值和低色温亮度数值，使得LED照明灯在保持某个级别亮度Lm（m=1～16）不变的情况下，LED照明灯的色温值分别为K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9、K19、K10、K11、K12、K13、K14、K15、K16，记录各个色温级别下对应的高色温亮度数值和低色温亮度数值，一共得到该亮度级别下的16组数据。

因为有16个亮度级别，最终得到16×16＝256组数值。

以下是记录本实施例中，经实测得到的256组亮度数值的亮度数值表：

其中，

K1=3000K、K2=3200K、K3=3400K、K4=3600K、K5=3800K、K6=4000K、K7=4200K、K8=4400K、K9=4600K、K10=4800K、K11=5000K、K12=5200K、K13=5400K、K14=5600K、K15=5800K、K16=6000K；

L1=0 lm、L2=30 lm、L3=60 lm、L4=90 lm、L5=120 lm、L6=150 lm、L7=180 lm、L8=210 lm、L9=240 lm、L10=270 lm、L11=300 lm、L12=330 lm、L13=360 lm、L14=390 lm、L15=420 lm、L16=450 lm

D-L为低色温亮度数值，D-H为高色温亮度数值。

9、将上述亮度数值表永久保存在控制芯片1中。至此，LED灯的初始化完成。

10、LED照明灯初始化完成，进入应用阶段后，外界发送给LED照明灯的控制信息只须指定目标亮度级别L和色温级别K，LED照明灯控制芯片中的软件根据接收到的亮度级别L和色温级别K，从亮度数值表中检索出对应的高色温亮度数值和低色温亮度数值，用于控制高色温LED光源和低色温LED光源，从而得到预期的亮度（光通量）和色温。

在本实施例中，步骤8所述的LED照明灯在某个亮度级别，或是在某个色温级别，均是指LED照明灯的亮度或色温的测试值，与某级别的亮度或色温的理论值之间的误差小于某个预设值。

在实验室环境下使用专门仪器测量LED照明灯的亮度（流明值）和色温，属于现有技术，具体过程和方法在此不加赘述。

本实施例的步骤8，采用人工方法经有限次数的试验即可完成。此外，亦可采用“硬件＋软件”的计算机系统以达到快速、准确、自动完成之目的，因这部分内容已超出本发明范围，在此不加赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。