一种实现超低亮度调光的方法及电路系统与流程

1.本发明涉及一种调光的方法，具体是一种实现超低亮度调光的方法，本发明还涉及实现超低亮度调光的电路系统。


背景技术：

2.现有的led灯调光方式有pwm调光和模拟调光，这两种方式基本原理是采用pwm信号或模拟信号来控制恒流驱动模块输出驱动电流驱动led灯，实现对led灯亮度的调节。
3.在pwm调光方式中，pwm信号的占空比在绝大范围内增加时，恒流驱动模块均能对应的输出高线性增大的驱动电流，使得led灯的亮度变化非常均匀。但是在pwm信号的占空比从0到一个很小的值的范围时，恒流驱动模块便难以有效识别，导致输出的驱动电流波动大而无法控制，使led灯容易出现熄灭、频闪等问题。不同的恒流驱动模块因元器件制造工艺等方面的影响，出现问题的占空比范围也不同，表现较好的是在0至0.005，大部分是在0至0.3。现有技术解决这些问题的方法是选用点亮电流稍高的led灯，这样可以避开低电流不稳定的这一段，但是这种做法导致led灯的最低亮度也较高，无法向更低的亮度调节。
4.模拟调光也存在和pwm调光类似的问题。在模拟信号的电平在绝大范围内，恒流驱动模块均能对应的输出高线性增大的驱动电流，而处于从零到一个很少的值的范围时，恒流驱动模块也难以有效识别，导致驱动电流波动大，使led灯也出现熄灭、频闪等问题。现有做法也与pwm信号的做法一样，采用点亮电流稍高的led灯。因此也出现led灯的最低亮度较高且无法向更低的亮度调节的问题。


技术实现要素：

5.为解决现有技术的不足，本发明提供了一种能够实现超低亮度调光的方法。
6.本发明解决问题采用的技术方案是：一种实现超低亮度调光的方法，包括调光信号，生成一控制信号，令该控制信号与调光信号成正比关系且最小值大于0；生成一驱动电流，令该驱动电流与控制信号成正比关系，并且在控制信号为最小值时该驱动电流大于0；生成一需求电流，令该需求电流保持恒定或者与控制信号成线性关系，并且在控制信号为最小值时该需求电流与驱动电流大小相等；将驱动电流分为两路，其中一路用于满足需求电流的需求，另一路用于驱动灯具。
7.进一步改进，所述需求电流与控制信号成反比关系。
8.进一步改进，所述控制信号为pwm控制信号且其占空比从初始值到最终值连续增大，所述占空比初始值的范围为0.005～0.03；在占空比为大于初始值且小于或等于最终值内的任一值时，所述需求电流为0。
9.进一步改进，包括用于控制需求电流的pwm需求电流控制信号，所述需求电流与pwm需求电流控制信号的占空比成正比关系，所述pwm需求电流控制信号的占空比与pwm控制信号的占空比互补。
10.进一步改进，所述控制信号为模拟控制信号且其电平从初始值到最终值连续增
大，所述电平初始值的范围为0.01～0.1v；在电平为大于初始值且小于或等于最终值内的任一值时，所述需求电流为0。
11.进一步改进，包括用于控制需求电流的pwm需求电流控制信号，所述需求电流与pwm需求电流控制信号的占空比成正比关系，所述pwm需求电流控制信号的占空比与模拟控制信号转换为pwm信号后的占空比互补。
12.本发明还提供了一种实现超低亮度调光的电路系统，包括led模块，还包括控制信号生成模块，用于接收外界的调光信号并生成和输出线性增加的控制信号，且令该控制信号的最小值大于0；恒流驱动模块，用于接收控制信号生成模块输出的控制信号并输出随控制信号增加而增加的驱动电流，且在控制信号为最小值时该驱动电流大于0；需求负载模块，用于接收控制信号生成模块输出的控制信号，并且根据控制信号调节自身负载使自身的需求输入电流保持恒定或者与控制信号成线性关系，在控制信号为最小值时，该需求输入电流与驱动电流的大小相等；所述恒流驱动模块的驱动电流分别输出至需求负载模块和led模块。
13.进一步改进，所述控制信号生成模块为pwm控制信号生成模块，生成的控制信号为pwm控制信号，所述需求负载模块包括pwm信号反相模块和负载模块，所述pwm信号反相模块用于接收pwm控制信号并对其进行反相后输出至负载模块，所述负载模块根据反相后的pwm控制信号调节自身负载，使自身的需求输入电流与反相后的pwm控制信号成正比关系，所述恒流驱动模块的驱动电流输出至该负载模块。
14.进一步改进，所述控制信号生成模块为模拟控制信号生成模块，生成的控制信号为模拟控制信号，所述需求负载模块包括模拟转pwm模块、pwm信号反相模块和负载模块，所述模拟转pwm模块用于接收模拟控制信号并将其转换为pwm控制信号后输出至pwm信号反相模块，所述pwm信号反相模块将pwm控制信号反相后输出至负载模块，所述负载模块根据反相后的pwm控制信号调节自身负载，使自身的需求输入电流与反相后的pwm控制信号成正比关系，所述恒流驱动模块的驱动电流输出至该负载模块。
15.进一步改进，所述负载模块包括x10s恒流芯片、电容c10、电阻r10、r11、r12、r13和r14，所述x10s恒流芯片的两个gnd脚分别接地，vcc脚经电阻r10后接12v供电电压，rext脚经电阻r13后接地，dim脚经电阻r11后与pwm信号反相模块的输出端连接，用于接收反相后的pwm控制信号，iout脚经电阻r14后与恒流驱动模块的驱动电流输出端连接，所述电容c10的两接线端分别连接vcc脚和相邻的gnd脚，所述电阻r12的两接线端分别连接dim脚和接地。
16.本发明的有益效果：本发明的控制信号与调光信号成正比关系且最小值大于0，而驱动电流也与控制信号成正比关系，并且在控制信号为最小值时该驱动电流大于0，实际使用时相当于将控制信号从0到最小值这一部分以及与该部分对应的呈不可控变化的驱动电流屏蔽，只留下线性的后续部分，另外进一步生成保持恒定或者与控制信号成线性关系的需求电流，并且将驱动电流分别用于满足需求电流的需求和驱动灯具，这样流向灯具的电流等于驱动电流减去需求电流，由于在控制信号为最小值时该需求电流与驱动电流大小相等，所以流经灯具的电流最小值减少为0，并且随着控制信号的增加而增加，最终获得的流向灯具的电流是从0开始呈线性增加，这样便实现了灯具的亮度从最低开始连续的调光效果。
附图说明
17.图1是本发明的控制信号为pwm控制信号时的电路方框图；图2是本发明的控制信号为模拟控制信号时的电路方框图；图3是本发明的负载模块的电路示意图；图4是现有技术中pwm信号与驱动电流的部分关系坐标图；图5是本发明的需求电流线性增加时与驱动电流和灯具电流的关系全局坐标图；图6是本发明的需求电流线性恒定时与驱动电流和灯具电流的关系全局坐标图；图7是本发明的第一种实施例的全局坐标图；图8是本发明的第一种实施例的部分坐标图；图9是本发明的第二种实施例的全局坐标图；图10是本发明的第三种实施例的部分坐标图；图11是本发明的第四种实施例的全局坐标图；图12是本发明的第五种实施例的部分坐标图。
具体实施方式
18.以下将结合实施例和附图对本发明创造的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明创造的目的、特征和效果。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合以形成新的实施例。
19.一种实现超低亮度调光的方法，解决现有技术无法在超低亮度调光的问题。包括从外界输入的调光信号，首先是生成与调光信号成正比关系且最小值大于0的控制信号，其次是生成与控制信号成正比关系的驱动电流，并且在控制信号为最小值时，该驱动电流大于0；并且在生成驱动电流的同时生成需求电流，令该需求电流保持恒定或者与控制信号成线性关系，在控制信号为最小值时该需求电流与驱动电流大小相等；最后将驱动电流分为两路，其中一路用于满足需求电流的需求，另一路用于驱动灯具。
20.本调光方法中，控制信号、驱动电流和需求电流均是呈比例关系或线性变化或恒定，实际中受到元器件制造工艺、使用环境等方面的影响，无法获得绝对线性变化或恒定的信号或电流，实际中有小幅度的波动，但整体上仍呈线性的信号或电流，应认为是属于比例关系或线性变化或保持恒定。该方法中，控制信号是用于控制调节驱动电流，实际上在控制信号很小时，驱动电流难以对应获得很小的电流值，容易出现波动等难以控制的变化，如图4所示。因此通过让控制信号最小值大于0并且控制信号为最小值时该驱动电流也大于0，将驱动电流难以控制的部分屏蔽，剩下后续线性好且可控的部分。该难以控制的部分是元器件本身的设计参数、加工工艺等方面导致的固有的缺陷，因此采用不同的元器件组成的电路，最终在获得线性变化的驱动电流时，控制信号的最小值以及对应的驱动电流的大小均不一样。元器件本身性能越好、电路的设计越合理，其难控制的部分便越小，反之则越大。所以控制信号的最小值以及对应的驱动电流没有绝对的值，应根据实际电路情况来确定。
21.上述调光方法是通过构建生成需求电流将驱动电流分流一部分，令流向灯具的电流从0开始且线性增加，从而得到可从很低亮度便开始调光的调光方法。其中需求电流的目的是分流，在控制信号为最小值时需求电流与驱动电流大小相等，便可将灯具电流减小为0。需求电流保持恒定或者与控制信号成线性关系，其中线性关系包括线性增加和线性减
少，即正比和反比。在需求电流呈线性增加时，其与驱动电流和灯具电流的关系如附图5所示；而需求电流恒定时，其与驱动电流和灯具电流的关系如附图6所示。这两种情况下，灯具电流一直低于驱动电流，并且随着驱动电流的增大两者相差继续加大或保持不变。为减少这种差距，该需求电流优选为呈线性减少，即与控制信号成反比关系，参照图7至图12。需求电流采用线性减少方式，在控制信号增大时，灯具电流和驱动电流之间差距会逐渐减少乃至消失。
22.上述调光方法中，控制信号有pwm模式和模拟模式两种实施方式，具体如下：第一实施方式，控制信号采用pwm控制信号，其占空比包括初始值和最终值，并且在该区间内连续变化。占空比是用于描述pwm模式信号的参数，占空比越大对应的pwm控制信号也越大。由于控制信号的大小对应控制驱动电流的大小，因此将0到初始值的这段占空比屏蔽，以获得线性变化的驱动电流。具体的，该占空比初始值的范围为0.005～0.03，该范围适用于绝大部分的元器件，对于性能高的元器件，只需将0～0.005范围的占空比屏蔽；对于性能差的，需将0～0.03范围的占空比屏蔽；性能介于两者之间的，则依实际性能取该范围内的某值进行屏蔽。该pwm控制信号的最终值一般为最大值1，也可根据实际需要取大于初始值而小于1的任一值。
23.上述的第一实施方式中，在pwm控制信号的占空比为大于初始值且小于或等于最终值内的任一值时，所述需求电流为0，使需求电流与pwm控制信号的占空比成正比关系。在占空比为初始值时，需求电流的达到最大值，随着占空比的增加，需求电流逐渐减小直到为0。在需求电流为0时，对应的pwm控制信号的占空比越接近初始值，该需求电流变化越急速，反之需求电流为0时，对应占空比越接近最终值，该需求电流变化越平缓，各电流变化坐标图如附图7至10所示。其中，在pwm控制信号的占空比为最终值以外的任一值而需求电流为0时，此时及后续的灯具电流便等于驱动电流，即灯具电流由两段构成：第一段是在需求电流为0之前，由驱动电流减去需求电流构成；第二段是在需求电流为0以后，由驱动电流构成，如图9和图10所示。由于灯具电流由两段构成，在两段之间转变时会出现调节线性度的变动，影响调光效果，更重要的是在需求电流突然变为0时，易出现干扰问题而导致灯具亮度出现突变。因此优选的，pwm控制信号的占空比等于最终值时，需求电流为0，该情况下灯具电流一直由驱动电流减去需求电流构成，这样可避免中途需求电流变为0可能出现的各种问题，其电流变化坐标图如图7和图8所示。
24.上述的第一实施方式中，为方便调节需求电流，采用pwm需求电流控制信号来控制，令需求电流与pwm需求电流控制信号的占空比成正比关系，并且所述的pwm需求电流控制信号的占空比与pwm控制信号的占空比互补。占空比互补是指两个占空比相加等于1，该情况下使pwm需求电流控制信号的占空比随pwm控制信号的占空比的增加而减少，进而使pwm需求电流控制信号跟随减少，最终使需求电流也跟随线性减少。
25.第二实施方式，控制信号采用模拟控制信号，其电平从初始值到最终值连续变化。模拟控制信号时随电平的变化而变化，电平越大则模拟控制信号也越大。该电平初始值的范围为0.01～0.1v。与采用pwm控制信号相类似的，电平的初始值在该范围能满足绝大部分的元器件，将0到初始值的这段电平屏蔽，可获得线性变化的驱动电流。高性能元器件只需屏蔽0～0.01v部分，低性能的需屏蔽0～0.1v部分。具体的初始值以实际元器件的性能确定。进一步优选的，该初始值范围为0.0165～0.1v。另外，在电平大于初始值且小于或等于
最终值内的任一值时，所述需求电流为0，使需求电流呈线性减少。同样与第一实施方式相似的，在电平为最终值以外的任一值而需求电流为0时，灯具电流由两段构成：第一段是在需求电流为0之前，由驱动电流减去需求电流构成；第二段是在需求电流为0以后，由驱动电流构成，如图11和图12所示。同样优选的，在模拟控制信号的电平等于最终值时，需求电流为0，使灯具电流一直由驱动电流减去需求电流构成。
26.上述第二实施方式中，还包括用于控制需求电流的pwm需求电流控制信号，令需求电流与pwm需求电流控制信号的占空比成正比关系。并且，pwm需求电流控制信号的占空比与模拟控制信号转换为pwm信号后的占空比互补。该情况下，pwm需求电流控制信号随着模拟控制信号的增大而减小，使需求电流也跟随线性减少。
27.本调光方法的实施例一：如图7和图8所示，控制信号为pwm控制信号，其占空比的初始值为0.03，最终值为1，在0到0.03的这段范围的占空比屏蔽不用。占空比等于0.03时，驱动电流和需求电流均为0.04a，占空比等于1时，驱动电流为5a，需求电流为0。在占空比从0.03增大至1时，该灯具电流从0线性增大至5a，灯具电流可从0开始驱动灯具，实现从超低亮度开始调光。
28.本调光方法的实施例二：如图9所示，控制信号为pwm控制信号，其占空比的初始值和最终和实施例一样，占空比等于0.03时，驱动电流和需求电流同样为0.04a。占空比等于1时，驱动电流为5a，占空比为0.5时，需求电流为0。在占空比从0.03增至 0.5时，该灯具电流从0线性增大至2.4a，在占空比从0.5增至1时，灯具电流等于驱动电流。
29.本调光方法的实施例三：如图10的局部坐标图所示，控制信号为pwm控制信号，其占空比的初始值为0.01，占空比等于0.01时，驱动电流和需求电流同样为0.04a。占空比为0.05时，需求电流为0。在占空比从0.01增至 0.05时，该灯具电流从0线性增大至0.235a，在占空比从0.05开始继续增大时，灯具电流等于驱动电流。
30.本调光方法的实施例四：如图11所示，控制信号为模拟控制信号，其电平的初始值为0.1v，最终值为3.3v，在0到0.1v这段范围的电平屏蔽不用。电平等于0.01v时，驱动电流和需求电流均为0.05a，电平等于3.3v时，驱动电流为5a，需求电流为0。在电平从0.01v增大至3.3v时，该灯具电流从0线性增大至5a，因此灯具电流可从0开始驱动灯具，实现从超低亮度开始调光。
31.本调光方法的实施例五，如图12的局部坐标图所示，控制信号为模拟控制信号，其电平的初始值为0.66v。当电平为0.66v时，驱动电流和需求电流同样为0.04a。电平为0.231v时，需求电流为0。在电平从0.66v增至0.231v时，该灯具电流从0线性增大至0.285a，在电平从0.231v开始继续增大时，灯具电流等于驱动电流。
32.上述五个实施例只是列举了在占空比、电平的初始值和最终值以及需求电流为0时对应的占空比或电平的个别数值的情况下，驱动电流、需求电流和灯具电流之间的关系，这些可变参数的在其它数值下各电流之间的关系均可通过上述实施例所反映的内在联系而获得，这里便不再穷举。
33.本发明还提供了调光电路系统，可实现超低亮度调光。主要包括led模块、控制信号生成模块、恒流驱动模块和需求负载模块。其中控制信号生成模块，用于接收外界的调光信号并生成和输出与调光信号成正比关系的控制信号，且令该控制信号的最小值大于0；恒流驱动模块用于接收控制信号生成模块输出的控制信号，并输出与控制信号成正比的驱动
电流，且在控制信号为最小值时该驱动电流大于0；需求负载模块，用于接收控制信号生成模块输出的控制信号，并且根据控制信号调节自身负载使自身的需求输入电流保持恒定或者与控制信号成线性关系，在控制信号为最小值时，该需求输入电流与驱动电流的大小相等；所述恒流驱动模块的驱动电流分别输出至需求负载模块和led模块。该调光电路中，需求负载模块通过生成需求输入电流来分流驱动电流，使流向led模块的电流降低至最小为0，并从0开始呈线性增加。
34.上述调光电路系统中，控制信号生成模块生成的控制信号有pwm控制型号和模拟控制信号两种实施方式，具体为：实施方式一，参照图1，所述控制信号生成模块为pwm控制信号生成模块，生成的控制信号为pwm控制信号，所述需求负载模块包括pwm信号反相模块和负载模块，所述pwm信号反相模块用于接收pwm控制信号并对其进行反相后输出至负载模块，所述负载模块根据反相后的pwm控制信号调节自身负载，使自身的需求输入电流与反相后的pwm控制信号成正比关系，在反相后pwm控制信号的增加时，该需求输入电流线性增加。所述恒流驱动模块的驱动电流输出至该负载模块。
35.实施方式二，参照图2，所述控制信号生成模块为模拟控制信号生成模块，生成的控制信号为模拟控制信号，所述需求负载模块包括模拟转pwm模块、pwm信号反相模块和负载模块，所述模拟转pwm模块用于接收模拟控制信号并将其转换为pwm控制信号后输出至pwm信号反相模块，所述pwm信号反相模块将pwm控制信号反相后输出至负载模块，所述负载模块根据反相后的pwm控制信号调节自身负载，使自身的需求输入电流与反相后的pwm控制信号成正比关系，在反相后pwm控制信号的增加时，该需求输入电流线性增加。所述恒流驱动模块的驱动电流输出至该负载模块。
36.由上述的调光方法可知，需求输入电流与控制信号成反比关系能使流向led模块的电流与驱动电流之间的差距逐渐减小乃至消失，因此需求输入电流优选时采用随控制信号增加呈线性减小的方式。上述两种实施方式中，led模块、pwm控制信号生成模块、模拟控制信号生成模块、恒流驱动模块、模拟转pwm模块和pwm信号反相模块均可采用现有技术。负载模块根据反相后的pwm控制信号调节自身负载的需求输入电流，这两者呈正比关系，反相后的pwm控制信号与原来的pwm控制信号呈反比关系，当pwm信号增加，反相后的pwm信号则减少，自身的需求输入电流也跟随减少。
37.另外，实施方式一中的恒流驱动模块自身包括有pwm转模拟模块，可将输入的pwm控制信号转换为模拟信号。这两种实施方式中的恒流驱动模块均包括有取样模块和恒流模块，其中取样模块用于检测输出驱动电流，使其不超过最大额定电流。
38.上述两种实施方式中，均可采用相同的负载模块。参照图3，该负载模块包括x10s恒流芯片、电容c10、电阻r10、r11、r12、r13和r14，所述x10s恒流芯片的两个gnd脚分别接地，vcc脚经电阻r10后接12v供电电压，rext脚经电阻r13后接地，dim脚经电阻r11后与pwm信号反相模块的信号输出端连接，iout脚经电阻r14后与恒流驱动模块的驱动电流输出端连接，所述电容c10的两接线端分别连接vcc脚和相邻的gnd脚，所述电阻r12的两接线端分别连接dim脚和接地。使用时，反相后的pwm控制信号经电阻r11输入dim脚，x10s恒流芯片根据该控制信号生成负载，而驱动电流经电阻r14流入x10s恒流芯片，以满足负载的需求输入电流的需求。
39.需要说明的是，以上只是结合实施例对本发明进一步的阐述，并不构成对本发明保护范围的限制，若对本技术进行简单的改动，均只是以基本相同的手段实现本发明创造的目的，都应属于本发明的保护范围。