一种脉冲能量可调的LED驱动控制系统及控制方法与流程

一种脉冲能量可调的led驱动控制系统及控制方法
技术领域
1.本发明涉及led驱动控制技术领域，具体为一种脉冲能量可调的led驱动控制系统及控制方法。


背景技术：

2.植物在自然条件下处于连续光照的环境中，目前众多研究表明，脉冲光不仅不会降低植物的产量，反而可以促进植物的生长，并提高植物的光合荧光效率，脉冲光的三个主要参数，即瞬时光照强度、脉冲光频率和明暗周期占空比的选取对植物生长都存在较大影响，在大多数情况下，植物光合速率与脉冲光瞬时光照强度成正相关性，直至光照强度达到植物光饱和点。多个研究表明，50％至75％占空比的脉冲光较为适合作物的生长，能够有效增加植物叶绿素等物质含量，并提高产出物产量。而高频脉冲光与低频脉冲光对植物生长影响存在差异，高频脉冲光有利于提高叶绿素含量，但频率越高，光能利用率越低，但利用率大于连续光照。因此，采用合适的脉冲光替换连续光照也必然是未来植物补光技术的发展趋势。
3.目前，在对led输出光照质量以及稳定性有要求的场合，通常使用开关电源作为led驱动电路，如buck电路，boost电路，flyback电路等，当led采用了合适的驱动电路后，需要选择相应的调光方案控制led发出的光照参数，以保证输出光照的稳定性以及可调性，数字调光又称pwm调光，pwm使能调光为调控led驱动器输出pwm信号来控制led导通关断，优点是结构简单，不需要额外的调光开关来控制led导通关断，但缺点就是由于pwm使能调光输出具有上升时间，导致脉冲调光频率可调范围受到限制，pwm串联调光需要将输出电压作为反馈量进行调控。为了保证输出端电压稳定，因此输出端与开关管两端需要并联大储能电容。常见的大储能电容为电解电容，而电解电容的寿命远小于led，导致led驱动使用寿命过短，pwm并联调光通过将调光开关与输出负载进行并联，当调光开关导通时将输出负载短路，使得led电流为0。但由于开关管的寄生电阻极小，因此当开关管导通时，输入电压需要进行调节，防止开关管电流过大。pwm分流调光具有三种调光方式中最高的脉冲频率和可调占空比，不过由于输出支路的存在会影响整体效率，并且输入电压不可使用恒压源，控制相对复杂。
4.因此需要一种脉冲能量可调的led驱动控制系统及控制方法对上述问题做出改善。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种脉冲能量可调的led驱动控制系统及控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种脉冲能量可调的led驱动控制系统，包括led驱动电路模块、led模块以及数字信号处理器模块，所述led驱动电路模块采用单管buck电路，所述led驱动电路模块与led模
块连接，所述led模块、led驱动电路模块连接有差分放大电路模块，差分放大电路模块连接有dsp模块，差分放大电路模块输送i
led
值至dsp模块，且dsp模块与led驱动电路模块之间连接有pwm模块，pwm模块与led驱动电路模块中的开关管q连接并对其进行控制，所述led驱动电路模块采用dempt-pid控制对buck电路输出电流上升时间缩短并抑制电流过冲，dempt-pid控制的工作原理为在脉冲光每个调光周期进入亮区时，先采用dempt控制模式，以加快led电流上升速度，当电流达到稳态时，再切换为pid控制模式，以消除dempt稳态所带来的电流振荡。
8.作为本发明优选的方案，所述dempt-pid控制包括dempt控制和pid控制，所述dempt控制预设两个占空比参数，占空比高的脉冲序列为ph，占空比为dh，占空比低的脉冲序列为p
l
,占空比为d
l
，当反馈信号小于目标参数时，发出ph脉冲，大于目标参数则发出p
l
脉冲，这样保证电路输出动态平衡。且对高占空比脉冲ph使用后缘调制，对低占空比脉冲p
l
使用前缘调制，以抑制电路稳态振荡，所述pid控制预起始设占空比参数为dm，所述pid控制用以消除dempt稳态所带来的电流振荡。
9.一种脉冲能量可调的led驱动控制系统的控制方法，包括以下步骤，a：软启动控制，开关管q占空比缓慢上升，直至输出电流i
led
达到目标电流值i
ref
，在此阶段led输出连续光；
10.b：更新dm(n)、dh(n)与d
l
(n)参数；
11.c：脉冲阶段，采用dempt-pid控制，初始周期数为1；
12.d：脉冲周期结束，读取tr以及电流过冲值i
max
和稳态占空比；
13.e：跳至步骤b进行循环。
14.在dempt-pid控制模式下，每个调光周期都会以上一调光周期的电流状态作为校正标准，但由于初始周期无前一周期，初始周期的dempt-pid控制参数dh(1)、d
l
(1)、dm(1)无法确定，因此在电路系统整体启动时先采用软启动控制来抑制系统启动时产生的过冲，并在系统稳定后获取初始的稳态占空比，以作为初始调光周期的参数，即初始周期dh(1)、d
l
(1)、dm(1)选值都为稳态占空比数值，当led驱动系统启动时，首先进入软启动控制，在软启动过程中开关管占空比缓慢上升，直至输出电流i
led
达到目标电流值i
ref
，在此阶段led输出连续光。当软启动结束后，读取稳态占空比，带入至dm(1)、dh(1)与d
l
(1)，进入脉冲调光阶段。
15.作为本发明优选的方案，所述步骤c具体步骤如下：根据此周期对应的dh与d
l
参数进行dempt控制，在每个开关周期结束节点，根据脉冲是否为p
l
，以及i
led
是否小于i
ref
，来判断是否是否进入pid控制，当进入pid控制时，此开关周期起始节点为t
st
，pid控制下的起始占空比dm为此周期对应稳态占空比，通过pid调节使得输出电流稳定，并在电路进入稳定后读取此周期的稳态占空比，当亮区时间结束时，驱动器进入暗区状态，此时控制器关闭pwm输出，使led电流下降为0，dh和d
l、dm
的周期计算
，
在每次脉冲调光结束后，每个调光周期根据本周期上升时间tr以及电流过冲值i
max
计算出下一周期的dh和d
l
值，并更新dm数值，在调光周期n-1时，上升时间tr(n-1)小于目标上升时间t
ref
，电流过冲值i
max
(n-1)大于允许过冲值i
mref
，因此下一调光周期n的dh参数增大、d
l
参数减小。同时读取n-1周期稳态时的占空比，以更新调光周期n的dm。
16.作为本发明优选的方案，所述dh决定电流上升时间tr，且dh的取值通过上一调光周
期亮区的上升时间tr作为反馈量与目标上升时间t
ref
进行计算，对当前周期dh调节；
17.所述d
l
用来抑制电路进入亮区输出过冲，且dh的取值通过上一调光周期的输出电流过冲值i
max
与目标输出电流过冲值i
mref
，对当前周期的d
l
进行调节；
18.所述dm的取值为上一周期的稳态占空比。
19.作为本发明优选的方案，所述t
st
为dempt控制切换为pid控制时间节点，dempt控制开关周期结束时间节点为t
st
，t
st
参数可以根据输出电流状态自动调节，通过将前一周期输出电流i
led
的上升时间与电流过冲值作为反馈量，调节下一周期的dh与d
l
，从而既能缩短上升时间，又能够一定程度抑制过冲，以满足电流要求。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21.1、本发明能够调节输出脉冲光瞬时光照强度、频率与占空比，可以适应不同种类植物在不同生长阶段的光照环境需求，且工作效率高于常规脉冲光驱动器，采用单管buck电路作为led驱动电路，替换了输出功率控制模块与调光控制模块，通过单开关管控制实现对输出电流与输出脉冲光频率和占空比调节；
22.2、本发明能够在采用单管buck电路基础上扩大脉冲光频率与占空比的可调范围，采用dempt-pid控制作为buck电路的控制方法，缩短了led电流的上升时间，并能够根据不同周期的电流状态，自适应修改dempt-pid控制参数，以保证在输入不同的目标参数时，电流能够达到期望状态，保证输出脉冲光质量。
附图说明
23.图1为本发明的系统电路控制图；
24.图2为本发明的控制流程图；
25.图3为本发明的调光时序图。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.为了便于理解本发明，下面将参照相关对本发明进行更全面的描述。给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
28.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
29.实施例
30.请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：
31.一种脉冲能量可调的led驱动控制系统，包括led驱动电路模块、led模块以及数字信号处理器模块，所述led驱动电路模块采用单管buck电路，所述led驱动电路模块与led模
块连接，所述led模块、led驱动电路模块连接有差分放大电路模块，差分放大电路模块连接有dsp模块，差分放大电路模块输送i
led
值至dsp模块，且dsp模块与led驱动电路模块之间连接有pwm模块，pwm模块与led驱动电路模块中的开关管q连接并对其进行控制，所述led驱动电路模块采用dempt-pid控制对buck电路输出电流上升时间缩短并抑制电流过冲，所述dempt-pid控制包括dempt控制和pid控制，所述dempt控制预设两个占空比参数，占空比高的脉冲序列为ph，占空比为dh，占空比低的脉冲序列为p
l
,占空比为d
l
，当反馈信号小于目标参数时，发出ph脉冲，大于目标参数则发出p
l
脉冲，这样保证电路输出动态平衡。且对高占空比脉冲ph使用后缘调制，对低占空比脉冲p
l
使用前缘调制，以抑制电路稳态振荡，所述pid控制预起始设占空比参数为dm，所述pid控制用以消除dempt稳态所带来的电流振荡，所述pid控制预起始设占空比参数为dm，所述pid控制用以消除dempt稳态所带来的电流振荡，dempt-pid控制的工作原理为在脉冲光每个调光周期进入亮区时，先采用dempt控制模式，以加快led电流上升速度，当电流达到稳态时，再切换为pid控制模式，以消除dempt稳态所带来的电流振荡。
32.一种脉冲能量可调的led驱动控制系统的控制方法，包括以下步骤，a：软启动控制，开关管q占空比缓慢上升，直至输出电流i
led
达到目标电流值i
ref
，在此阶段led输出连续光；
33.b：更新dm(n)、dh(n)与d
l
(n)参数；
34.c：脉冲阶段，采用dempt-pid控制，初始周期数为1；
35.d：脉冲周期结束，读取tr以及电流过冲值i
max
和稳态占空比；
36.e：跳至步骤b进行循环。
37.在dempt-pid控制模式下，每个调光周期都会以上一调光周期的电流状态作为校正标准，但由于初始周期无前一周期，初始周期的dempt-pid控制参数dh(1)、d
l
(1)、dm(1)无法确定，因此在电路系统整体启动时先采用软启动控制来抑制系统启动时产生的过冲，并在系统稳定后获取初始的稳态占空比，以作为初始调光周期的参数，即初始周期dh(1)、d
l
(1)、dm(1)选值都为稳态占空比数值，当led驱动系统启动时，首先进入软启动控制，在软启动过程中开关管占空比缓慢上升，直至输出电流i
led
达到目标电流值i
ref
，在此阶段led输出连续光。当软启动结束后，读取稳态占空比，带入至dm(1)、dh(1)与d
l
(1)，进入脉冲调光阶段，脉冲调光阶段中根据此周期对应的dh与d
l
参数进行dempt控制，在每个开关周期结束节点，根据脉冲是否为p
l
，以及i
led
是否小于i
ref
，来判断是否是否进入pid控制，当进入pid控制时，此开关周期起始节点为t
st
，pid控制下的起始占空比dm为此周期对应稳态占空比，通过pid调节使得输出电流稳定，并在电路进入稳定后读取此周期的稳态占空比，当亮区时间结束时，驱动器进入暗区状态，此时控制器关闭pwm输出，使led电流下降为0，dh和d
l、dm
的周期计算
，
在每次脉冲调光结束后，每个调光周期根据本周期上升时间tr以及电流过冲值i
max
计算出下一周期的dh和d
l
值，并更新dm数值；
38.在调光周期n-1时，上升时间tr(n-1)小于目标上升时间t
ref
，电流过冲值i
max
(n-1)大于允许过冲值i
mref
，因此下一调光周期n的dh参数增大、d
l
参数减小。同时读取n-1周期稳态时的占空比，以更新调光周期n的dm。
39.所述dh决定电流上升时间tr，且dh的取值通过上一调光周期亮区的上升时间tr作为反馈量与目标上升时间t
ref
进行计算，对当前周期dh调节；
40.所述d
l
用来抑制电路进入亮区输出过冲，且dh的取值通过上一调光周期的输出电流过冲值i
max
与目标输出电流过冲值i
mref
，对当前周期的d
l
进行调节；
41.所述dm的取值为上一周期的稳态占空比；
42.所述t
st
为dempt控制切换为pid控制时间节点，dempt控制开关周期结束时间节点为t
st
。
43.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。