一种颜色和亮度独立调节的灯光系统和灯光调节方法与流程

1.本发明涉及灯光调节领域，特别是一种颜色和亮度独立调节的灯光系统和灯光调节方法。


背景技术：

2.随着照明驱动控制技术发展和消费者照明需求的升级，调亮度调颜色功能在景观照明，家居照明，商业照明等市场越发受到客户的重视。自然光是人类视觉发育和心理健康成长的关键环境因素，而地理位置，不同时间段都对自然光强度和颜色有显著影响。在照明应用场景的消费者希望灯具光输出尽量接近自然光，且调亮度调颜色更加的人性化。如在特定场合，设定好颜色后，因环境亮度的变化，而调节灯具亮度大小时，希望颜色变化应足够小而接近恒定颜色。同理，为满足照明的基本功能需求，调节灯具颜色时，希望亮度变化应足够小而接近恒定亮度。
3.现有解决方案为：光源模块由两种色温的白光或彩色光光源组成，驱动模块分别给不同色温的白光或彩色光光源供应恒流电流。控制模块以现场可编辑逻辑电路或微控制集成电路为核心，输出2路的调光信号，以独立调节不同色温的白光或彩色光光源供应恒流电流大小。
4.这种解决方案，驱动回路较多，构成复杂，成本高。要实现调亮度时恒定色温和调色温时恒定亮度，则依靠现场可编辑逻辑电路或微控制集成电中程序算法实现，调节亮度或颜色时，模组中不同色温的白光或彩色光光源供应恒流电流都需要按比例同步调节，算法复杂，实现难度很大。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种颜色和亮度独立调节的灯光系统和灯光调节方法，主要解决上述现有技术存在的问题。
6.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是提供一种颜色和亮度独立调节的灯光系统，其特征在于,由供电模块、控制模块、恒流模块，多个颜色调节模块和多个光源模块构成；所述供电模块为所述控制模块供电；所述控制模块根据输入信号，输出相互独立的调光信号和多个调色信号；所述调光信号控制所述恒流模块，调节由所述恒流模块向全部所述光源模块提供的总驱动电流的大小；一个所述颜色调节模块和一个或者多个所述光源模块对应；所述调色信号控制所述颜色调节模块，由所述颜色调节模块调节对应的所述光源模块的驱动电流占所述总驱动电流的比例；同一个所述光源模块包含同一种颜色的色光或者同一种色温白光的光源；在多个所述光源模块中，至少包含两种不同颜色的色光或者不同色温的白光。
7.进一步地，所述调光信号和所述调色信号是脉冲宽度调节信号；在任意时刻，多路所述调色信号中有且仅有一路，使得被调节的所述颜色调节模块所对应的所述光源模块处于开启状态。
8.进一步地，所述控制模块由可编程逻辑器件或微处理器构成；所述调光信号和所述调色信号从所述可编程逻辑器件或者所述微处理器的引脚上输出。
9.进一步地，当所述颜色调节模块为两个时，所述控制模块由集成解码驱动芯片和反相器产生所述调色信号；所述集成解码驱动芯片输出的所述脉冲宽度调节信号为第一调色信号，控制第一颜色调节模块；所述第一调色信号通过所述反相器后输出为第二调色信号，控制第二颜色调节模块。
10.进一步地，所述控制模块由集成解码驱动芯片产生调光信号，控制所述恒流模块。
11.进一步地，所述颜色调节模块是由分立器件构成的模拟电路，在所述调色信号的控制下，接通或者断开对应的所述光源模块的所述驱动电流。
12.进一步地，所述颜色调节模块包含三极管、mos管、电阻和稳压管；所述电阻和所述三级管构成的放大电路对所述调色信号进行放大，然后利用所述电阻将放大后的所述调色信号转换为电压，进而通过控制所述mos管的栅极电压来接通或者断开连接到所述mos管漏极的电源和连接到所述mos管源极的所述光源模块；在所述mos管的栅极和电源之间设置稳压管。
13.进一步地，所述供电模块用于完成电压匹配，包含电压转换芯片、二极管、电阻和电容；所述二极管连接在所述电压转换芯片的输入端，用于防止电源反接；输入信号经过所述电容滤波和所述电阻降压后，进入所述电压转换芯片；所述电压转换芯片的输出经过所述电容滤波后，作为输出驱动所述控制模块。
14.本发明还提供了一种利用上述颜色和亮度独立调节的灯光系统进行灯光调节的方法，其特征在于,恒定颜色不变独立调节亮度的过程，包含步骤：
15.步骤s101，所述控制模块输出一路所述调光信号和多路所述调色信号；
16.步骤s102，调节所述输入信号以改变亮度；
17.步骤s103，所述控制模块固定所述调色信号不变，根据所述输入信号调整所述调光信号；
18.步骤s104，所述恒流模块根据所述调光信号改变所述总驱动电流的大小；所述颜色调节模块控制多个所述光源模块的所述驱动电流比例不变。
19.本发明还提供了一种利用上述的颜色和亮度独立调节的灯光系统进行灯光调节的方法，其特征在于,恒定亮度不变独立调节颜色的过程，包含步骤：
20.步骤s201，所述控制模块输出一路所述调光信号和多路所述调色信号；
21.步骤s202，调节所述输入信号以改变颜色；
22.步骤s203，所述控制模块固定所述调光信号不变，根据所述输入信号调整所述调色信号；
23.步骤s204，所述颜色调节模块根据所述调色信号改变多个所述光源模块的所述驱动电流之间的比例；所述恒流模块控制所述总驱动电流的大小不变。
24.鉴于上述技术特征，本发明颜色和亮度独立调节的灯光系统和调节方法，具有以下优点：
25.1、当颜色不变调节亮度时，本发明与单色照明系统调节亮度思路和方法一致，调节亮度的脉宽调制波形则控制着恒定输出电流的大小，从而控制则光源模组输出的整体亮度。电路结构简洁，算法简便可靠，控制逻辑编写容易，成本低。
26.2、当亮度不变调节颜色时，以冷暖色温调节为例，本发明中控制模块输出可以输出单路调节颜色的脉宽调制波形控制暖色温光源部分的开关，经过反向器转换为反向的脉宽调制波形控制冷色温光源部分的开关。控制模块输出脉宽调制波形中的高电平占空比控制这暖色温的导通比列，则(100％-控制模块输出脉宽调制波形中的高电平占空比)控制这冷色温的导通比列。以上电路配合三极管和mos管即可实现电路结构简洁，算法简便可靠，控制逻辑编写容易，成本低。
附图说明
27.图1是本发明颜色和亮度独立调节的灯光系统的一个较佳实施例的系统示意图；
28.图2是本发明颜色和亮度独立调节的灯光系统的一个较佳实施例中光源模块的电路图；
29.图3是本发明颜色和亮度独立调节的灯光系统的一个较佳实施例中恒流模块的电路图；
30.图4是本发明颜色和亮度独立调节的灯光系统的一个较佳实施例中控制模块的电路图；
31.图5本发明颜色和亮度独立调节的灯光系统的一个较佳实施例中颜色调节模块的电路图；
32.图6本发明颜色和亮度独立调节的灯光系统的一个较佳实施例中供电模块的电路图；
33.图7本发明颜色和亮度独立调节的灯光调节方法的一个较佳实施例中恒定颜色不变独立调节亮度的流程图；
34.图8本发明颜色和亮度独立调节的灯光调节方法的一个较佳实施例中恒定亮度不变独立调节颜色的流程图；
35.图9本发明颜色和亮度独立调节的灯光调节方法的另一个较佳实施例中颜色调节模块的输出波形图；
36.图10展示了第一调色信号另一种占空比的情况；
37.图11展示了第一调色信号再一种占空比的情况。
38.图中：100-供电模块，200-控制模块，300-恒流模块，400-颜色调节模块，500-光源模块。
39.101-电压转换芯片，102-供电防反接二极管，103-降压负载电阻，104-滤波电容；
40.201-集成解码驱动芯片，202-反相器；
41.301-恒流源芯片，302-恒流分压电阻，303-恒流输入电阻，304-恒流调整电阻，305-恒流输出电感，306-恒流滤波电容，307-恒流防反接二极管；
42.401-三极管，402-mos管，403-稳压管，404-防反接二极管；
43.501-光源。
具体实施方式
44.下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术
人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
45.请参阅图1，本发明公开了一种颜色和亮度独立调节的灯光系统。如图所示，它的一个较佳实施例由供电模块100、控制模块200、恒流模块300，两个颜色调节模块400和两个光源模块500构成。在其他的实施例中，颜色调节模块400和光源模块500的数量可以大于两个。
46.在本实施例中，恒流模块300和颜色调节模块400由高压电源驱动(24v)，而控制模块200由低压电源驱动(5v)。供电模块100用于将24v的高压电源转换为5v低压电源，为控制模块200供电。控制模块200接受来自用户的输入信号(包括但不限于遵循dmx512协议的控制信号、遵循dali协议的控制信号、蓝牙控制信号和红外遥控控制信号等)，输出相互独立的调光信号和两个调色信号。其中，调色信号的数量和颜色调节模块400的数量一致，本实施例为两个，在其他实施例中可以大于两个。
47.调光信号控制恒流模块300的行为，调节恒流模块300的输出。恒流模块300的输出用于驱动所有系统中的光源模块500。也就是说，恒流模块300的输出决定了全部光源模块500的总驱动电流的大小。控制模块200输出的调光信号为脉冲宽度调节信号。
48.一个颜色调节模块400可以控制一个或者多个光源模块500。在本实施例中，一个颜色调节模块400对应一个光源模块500。控制模块200输出的调色信号，控制颜色调节模块400的行为，由颜色调节模块400调节通过与其对应的光源模块500的驱动电流占总驱动电流的比例，从而调节与其对应的光源模块500的亮度。调色信号是脉冲宽度调节信号。在任意时刻，需要确保有且仅有一个光源模块500处于开启状态，即在多路脉冲宽度调节信号中总有一路且只有一路的脉冲宽度调节信号能开启光源模块500。
49.在一个系统包含的多个光源模块500中，至少能输出两种不同的颜色，从而可以通过调节不同颜色的光源模块500的亮度来调节整个系统的颜色。
50.在本实施例中，包含的两个光源模块500输出两种不同颜色。
51.请参阅图1和图2，本发明颜色和亮度独立调节的灯光系统的一个较佳实施例中，同一个光源模块500可以包含多个光源501，但多个光源501发出同一个颜色。具体而言，光源501可以是同一种颜色的色光或者同一种色温白光的光源。同一个光源模块500中的多个光源501，由恒流模块200提供的总驱动电流的驱动发光，被颜色调节模块400分配的驱动电流调节亮度。在本实施例中的两个光源模块500，分别采用不同颜色的光源501，也可以分别采用不同色温白光的光源501，从而取得输出不同颜色的效果。
52.请参阅图1和图3，本发明颜色和亮度独立调节的灯光系统的一个较佳实施例中，恒流模块300输出一路恒流电流供应给不同色温或不同颜色光源的多个光源模块500，即多个光源模块500共享一路总驱动电流。在任意时刻，总驱动电流只会流过一个光源模块500，但光源模块500可以是不同的。
53.恒流模块300接收脉冲宽度调节信号作为调光信号，具体包含一个恒流源芯片301以及其外围器件。24v的高压电源，经过恒流分压电阻302后给恒流源芯片301的1脚和3脚供电。恒流源芯片301的2脚上连接的恒流输入电阻303接收作为调光信号的脉冲宽度调节信号，用于控制输出电流大小。恒流源芯片301的4脚通过恒流调整电阻304，来设定输出电流的电流值。恒流源芯片301的芯片5脚和6脚则经过恒流输出电感305向光源模块500提供恒
流输出(即总驱动电流)。在恒流输出端，还设置有恒流滤波电容306和恒流防反接二极管307。
54.请参阅图1和图4，本发明颜色和亮度独立调节的灯光系统的一个较佳实施例中，因为一共包含2个颜色调节模块400，且恒流模块300接收脉冲宽度调节信号，因此控制模块200采用相对简单的集成解码驱动芯片201和反相器202来构成。集成解码驱动芯片201有两个，型号为hi512a4l，一个用于输出调色信号，一个用于输出调光信号，均为脉冲宽度调节信号。
55.用于调色的集成解码驱动芯片201通过输入电阻r5和r6，分别从11脚与12脚接收输入a1、b1信号(用户输入信号)，经过芯片内部解码后，通过3脚输出第一调色信号(pwm1)。第一调色信号传输到第一颜色调节模块，通过该颜色调节模块400调节光源模块500开关时间的占空比。5v低压电源经过分压电阻r2给芯片16脚供电，另外接入c3、c4作为电源输入滤波。1脚为集成解码驱动芯片201的接地端。10脚为地址输入功能，7脚为地址输出功能，r9、r10为限流电阻，用于避免7脚和10脚的大电流损坏。
56.第一调色信号pwm1信号，作为反相器202(型号为74hc04d)的输入，从1脚进入反相器202，经反相器202的芯片内部反相后，从2脚输出倒相的第二调色信号(pwm2)。第二调色信号传输到第二颜色调节模块，通过该颜色调节模块400调节光源模块500开关时间的占空比。5v低压电源经c5滤波后给反相器202的14脚供电，7脚为反相器202的接地端。
57.第一调色信号的占空比值范围是0-100％。例如，如图9所示，当第一调色信号占空比值为75％，第一调色模块(第一个颜色调节模块400)控制与其对应的光源模块500，使得光源的开启时间占空比为75％(75％的时间开，25％的时间关)。此时，第二调色信号的占空比为25％，且正好与第一调色信号反相，那么由第二调色信号控制的第二调色模块(第二个颜色调节模块400)，驱动与其对应的光源模组500，使得光源的开启时间占空比为25％(25％的时间开，75％的时间关)。特别，第二调色信号是第一调色信号的反相信号，因此能保证在任意时刻，有且只有一个光源模组500是开启的。图10和图11中分别展示了另外两种占空比的情况。图10中是第一调色信号占空比值为50％，第二调色信号为其反相，占空比也为50％。图11中是第一调色信号占空比值为20％，第二调色信号为其反相，占空比为80％。可以看到，这些信号都满足，在任意时刻有且仅有1路调色信号时处于高电平状态。
58.用于调光的集成解码驱动芯片201通过输入电阻r3和r4，经11脚与12脚接收输入a2、b2信号(用户输入信号)，经过芯片内部解码，通过3脚输出调光信号(pwm3)至恒流模块300，从而调节用于驱动全部光源模组500的总驱动电流的大小。5v低压电源经过分压电阻r1给芯片16脚供电，同时挂载电容c2对电源输入进行滤波。1脚为芯片的接地端。和用于调色的集成解码驱动芯片201一样，10脚为地址输入功能，7脚为地址输出功能，r7、r8为限流电阻，用于避免7脚和10脚的大电流损坏。
59.在其他实施例中，特别当颜色调节模块400个数大于两个的时候，可以采用可编程逻辑器件或微处理器为核心来实现控制模块200，例如stm8s003。可编程逻辑器件或微处理器可以在引脚上直接输出脉冲宽度调节信号作为调光信号和调色信号，并同时支持复杂逻辑以保证“在多路调色信号中，任意时刻有且仅有一路能开启光源模块500”。
60.请参阅图1和图5，本发明颜色和亮度独立调节的灯光系统的一个较佳实施例中，颜色调节模块400是由分立器件构成的模拟电路。它在调色信号的控制下，接通或者断开对
应的光源模块500的驱动电流，从而点亮光源模块500。
61.颜色调节模块400由1个三极管401(q3，npn管)、1个mos管402(q1，pmos管)、上拉电阻r11,稳压管d4、电阻r13、和r17组成。其中r11、r13和三极管401(q3)构成的放大电路对输入的调色信号进行放大。调色信号经过控制基极电流的r17进入放大器，被放大电路放大后的调色信号，经过电阻r13和r11分压后转换为电压，进而控制mos管402的栅极电压来接通或者断开连接到mos管402漏极的电源和连接到mos管402源极的光源模块500。在mos管402的栅极和高压电源(24v)之间设置稳压管403(d4)以免被过高电压冲击损伤。在mos管402的源极和漏极之间，设置二极管404(q1)，用于防止过压冲击，保护mos管402。
62.当控制模块200发送的调色信号(以脉冲宽度调节信号)，处于高电平时，三极管401的集电极与发射极导通，mos管402的栅极电压下降，mos管402导通，接通24v高压电源与光源模块500。当控制模块200发送的调色信号(以脉冲宽度调节信号)，处于低电平时，三极管401集电极与发射极截止，mos管402栅极电压为高电平，从而使得mos管402漏极与源极断开，光源模块500无法从高压电源24v处获得电流。
63.请参阅图1和图6，本发明颜色和亮度独立调节的灯光系统的一个较佳实施例中，供电模块100用于完成电压匹配，将24v高压电源转换为5v低压电源为控制模块200供电，它电压转换芯片101(型号78m05)、供电防反接二极管102(d1)、降压负载电阻103(r7)、滤波电容104(ec1和c7)成。高压电源(24v)供电经过d1供电防反接二极管102(防止反接电源正负击穿ec1滤波电容104)，经滤波电容104(ec1)滤波后，再通过r7降压负载电阻103，输入到电压转换芯片101(u4)的输入端，经电压转换芯片101内部降压后，在输出端得到5v电压，供给控制模块200。滤波电容104(c7)对输出电压进行滤波。降压负载电阻103(r7)用于分担电压转换芯片101(u4)的功耗热量。
64.请参阅图7，本发明还包含一种颜色和亮度独立调节的灯光调节方法，在这个较佳实施例中，控制模块接收信号输入指令后，输出3组控制信号，其中2路为以脉冲宽度调节信号的形式的调色信号，1路为脉冲宽度调节信号。
65.恒定颜色不变独立调节亮度的步骤是：
66.步骤s101，控制模块输出一路调光信号和两路调色信号。
67.第一路调色信号传输至第一调色模块，控制第一光源模块的打开时间占空比；第二路调色信号为第一路调色信号的倒相，传输至第二调色模块，控制第二光源模块的打开时间占空比。
68.调光信号控制恒流模块输出总电流大小，决定全部光源模组的总驱动电流，从而控制总亮度。
69.步骤s102，调节输入信号以改变亮度。
70.步骤s103，控制模块固定调色信号不变，根据输入信号调整所述调光信号。
71.控制模块根据输入信号改变调光信号，同时保证两个调色信号不变。
72.步骤s104，恒流模块根据调光信号改变总驱动电流的大小。颜色调节模块控制多个光源模块的驱动电流比例不变。
73.用于驱动全部光源模组供电的总电流的变大，使得全部光源模组的亮度变大。用于驱动全部光源模组供电的总电流的变小，使得全部光源模组的亮度变小。但此时因为两个调色信号不变，通过两组光源模块的电流比例不变，从而使得两组不同光源模块发出的
不同颜色或者不同色温的白光的比例不变，确保了颜色的不变。从而实现了恒定颜色调节亮度功能。
74.请参阅图8，本发明还包含一种颜色和亮度独立调节的灯光调节方法的较佳实施例中，恒定亮度不变独立调节颜色的步骤是：
75.步骤s201，控制模块输出一路调光信号和多路调色信号。
76.第一路调色信号传输至第一调色模块，控制第一光源模块的打开时间占空比；第二路调色信号为第一路调色信号的倒相，传输至第二调色模块，控制第二光源模块的打开时间占空比。
77.调光信号控制恒流模块输出总电流大小，决定全部光源模组的总驱动电流，从而控制总亮度。
78.步骤s202，调节输入信号以改变颜色。
79.步骤s203，控制模块固定调光信号不变，根据输入信号调整调色信号。
80.控制模块根据输入信号改变两个调色信号，同时保证调光信号不变。
81.步骤s204，颜色调节模块根据调色信号改变多个光源模块的驱动电流之间的比例；恒流模块控制总驱动电流的大小不变。
82.用于驱动全部光源模组供电的总电流的不变，从而使得全部光源模组的亮度不变。两个调色信号改变了通过两组光源模块的电流比例，从而使得两组发出不同颜色或者不同色温的白光的不同光源模块的亮度发生变化，从而实现了恒定颜色调节亮度功能。
83.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。