一种基于最佳光效的led电光源自适应控制装置及其自适应控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于最佳光效的LED电光源自适应控制装置及其自适应控制方法，其特征包括：整流模块、PFC模块、LED模组、MCU控制模块、温度检测模块、照度检测模块、恒流驱动模块、电流检测模块。本发明能通过MCU控制模块来自动调节LED电光源的工作电流，从而能减少LED电光源产生的热量，降低LED电光源的工作温度，进而提高LED电光源的光效，提高LED电光源的智能化。
【专利说明】
一种基于最佳光效的LED电光源自适应控制装置及其自适应控制方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种基于最佳光效的LED电光源自适应控制装置及其自适应控制方法，属于半导体照明领域。
【背景技术】
[0002]能源危机、温室效应以及生态环境的日益恶化时刻提醒着人们，地球已经不堪，改变人们的能源获取方式以及提高能源利用率已经成为当前世人的共识。
[0003]由于在世界电力的使用结构中，照明用电占总用电量的19%;在我国照明用电约占全国总用电量的12%，而且我国每年的照明用电增速(保守估计)大约为5%。虽然因各国经济发展的水平不同，照明用电所占比重也有所差别，但是照明耗能已经成为了各国能源消费的重要组成部分。照明节能问题也就成了各国政府及专业人员必须面对的棘手问题。
[0004]作为第四代照明光源，LED(Light Emitting D1de)即发光二级管由于其自身具有高效节能、超长寿命、安全环保、可控性和适用性强等优点，逐渐出现在人们的视野之中，并日渐被广泛的应用到各行各业中。
[0005]尽管LED有以上诸多优点，但由于LED的自身缺陷以及制造技术尚未成熟，导致LED有以下几点的不足:
[0006]1、大功率LED散热技术还不够成熟，温度升高会LED光衰加快，直接影响LED的寿命;
[0007]2、市场上普通的LED光源普遍工作在其额定状态，光效并不是处于最佳状态；
[0008]3、普通的LED光源一旦定型就只能工作在一种状态，并不能智能化地来调节其工作状态。
【发明内容】
[0009]本发明为克服上述现有技术的不足之处，提供一种基于最最佳光效的LED电光源自适应控制装置及其自适应控制方法，以期能通过MCU控制模块来自动调节LED电光源的工作电流，从而能减少LED电光源产生的热量，降低LED电光源的工作温度，进而提高LED电光源的光效，提高LED电光源的智能化。
[0010]为解决现有技术存在的问题，本发明所采用的技术方案为:
[0011]本发明一种基于最佳光效的LED电光源自适应控制装置的特点包括:整流模块、PFC模块、LED模组、MCU控制模块、温度检测模块、照度检测模块、恒流驱动模块、电流检测模块；
[0012]所述整流模块接入外部输入电源，用于将交流电转化为直流电，并与所述PFC模块相连；
[0013]所述PFC模块用于提高所述LED电光源自适应控制装置的功率因数，并与所述LED模组和所述恒流驱动模块相连，分别为所述LED模组和恒流驱动模块供电；
[0014]所述恒流驱动模块与LED模组相连，用于调节所述LED模组的工作电流；
[0015]所述恒流驱动模块与所述M⑶控制模块相连，用于接收所述M⑶控制模块发送的控制信号；
[0016]所述电流检测模块与所述恒流驱动模块相连，用于检测所述恒流驱动模块的驱动电流并将检测到的驱动电流提供给所述MCU控制模块
[0017]所述温度检测模块和照度检测模块分别与所述LED模组相连，分别用于检测所述LED模组的温度和照度并将检测到的温度和照度提供给所述MCU控制模块；
[0018]所述MCU控制模块根据所接收到的驱动电流、温度和照度来控制所述恒流驱动模块，从而调节所述LED模组的工作电流。
[0019]本发明所述的基于最佳光效的LED电光源自适应控制装置的特点也在于:
[0020]所述LED模组是由η组LED灯珠串组成;相邻两组LED灯珠串为串联连接;每组LED灯珠串包含m个LED灯珠，且其中任意两个LED灯珠为并联连接;n>I;m>0。
[0021 ]所述LED灯珠串中的LED灯珠的个数m是根据LED灯珠的额定电流与所述LED灯珠的工作电流之比并向下取整而获得的。
[0022 ]所述LED灯珠串的组数η是根据所述PFC模块的输出电压与所述LED灯珠的工作电流所对应的工作电压之比并向下取整而获得的。
[0023]本发明一种基于最佳光效的LED电光源自适应控制方法的特点是按如下步骤进行:
[0024]步骤1、对自适应控制装置进行初始化并上电；
[0025]步骤2、所述M⑶控制模块将占空比为P的PWM控制信号发送给恒流驱动模块，用来调节所述恒流驱动模块的驱动电流；
[0026]步骤3、所述MCU控制模块判断所述恒流驱动模块的驱动电流是否大于LED模组所能长期承受的最大工作电流;若大于，则执行步骤4;否则，执行步骤5;
[0027]步骤4、降低所述M⑶控制模块发送的PffM控制信号的占空比P，并返回步骤2执行；
[0028]步骤5、等待自适应控制装置运行T小时后，利用照度检测模块采集LED模组的照度，并判断所述照度是否大于预设的参考照度，若大于，则返回步骤4执行;若小于，则执行步骤6;若等于，则执行步骤7;
[0029]步骤6、增大所述M⑶控制模块发送的PffM控制信号的占空比P，并返回步骤2执行；
[0030]步骤7、利用温度检测模块采集所述LED模组的温度，并判断所述温度是否大于LED产生光衰时的临界温度;若小于等于，则执行步骤8;否则返回步骤4执行，
[0031 ] 步骤8:自适应控制装置正常工作。
[0032]本发明所述的自适应控制方法的特点也在于，所述步骤I是按如下过程进行:
[0033]步骤1.1:设置所述恒流驱动模块的工作电流为其额定电流；
[0034]步骤1.2:设置所述M⑶控制模块中的相关参考参数，包括:所述LED模组的参考照度、所述LED模组所在电路板的临界温度及所述LED模组可长期承受的最大工作电流；
[0035]步骤1.3:设置所述MCU控制模块向所述恒流驱动模块发送的初始P丽控制信号的占空比为P;
[0036]步骤1.4:上电。
[0037]与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
[0038]1、本发明通过在LED电光源中添加了 M⑶控制模块，通过MCU控制模块发送PffM控制信号来改变LED电光源的工作电流，进而调节LED电光源的工作温度及照度，并根据此时的LED电光源的工作温度和照度，来调节MCU控制模块所发送的PffM控制信号的占空比，进而改变了LED电光源的工作电流，最终找到了LED电光源的最佳工作点，从而有效降低了LED电光源的工作温度，达到了提高LED电光源的光效和延长寿命的目的。
[0039]2、本发明由于添加了温度检测模块，会及时检测LED电光源的工作温度并反馈给MCU控制模块，以便及时调节LED电光源的工作电流，进而使LED电光源的工作温度始终工作在合适的范围内，最大程度上减少了温度过高而产生的光衰现象，延长了LED电光源的使用寿命;
[0040]3、本发明通过检测自身的工作状态如温度的高低、照度的强弱等，来及时的调整LED电光源的驱动电流，以此提高了 LED电光源的智能化。
【附图说明】
[0041]图1是本发明基于最佳光效的LED电光源自适应系统的整体电路框图；
[0042]图2是本发明中PFC模块的电路示意图；
[0043]图3是本发明基于最佳光效的LED电光源自适应系统上电前参数设置流程图；
[0044]图4是本发明基于最佳光效的LED电光源自适应系统上电后工作流程图；
[0045]图5是LED电光源光效与电流之间的关系示意图。
【具体实施方式】
[0046]本实施例中，如图1所示，基于最佳光效的LED电光源自适应控制装置，包括以下模块:整流模块、PFC模块、LED模组、MCU控制模块、温度检测模块、照度检测模块、恒流驱动模块、电流检测模块。
[0047]其中，整流模块由4个1N4007的整流二极管组成，并接入外部交流输入电源，用于将交流电转换为直流电；然后与PFC模块相连，用于提高LED电光源自适应控制装置的功率因数，PFC模块的电路图如图2所示。
[0048]PFC模块的输出电压为250?400V，并分别与LED模组和恒流驱动模块相连，用于为LED模组和恒流驱动模块供电；
[0049]恒流驱动模块与M⑶控制模块相连，用于接收所述M⑶控制模块发送的控制信号。恒流驱动模块由NU507恒流驱动芯片组成，并与LED灯珠模组相连，用于控制并调节LED灯珠模组的工作电流；
[0050]LED灯珠模组是由η= 100组LED灯珠串以串联连接方式组成，每组LED灯珠串包含m=3个LED灯珠，且每组LED灯珠串中任意两个LED灯珠为并联连接。具体实施中，LED灯珠串中的LED灯珠的个数m是根据LED灯珠的额定电流与LED灯珠的工作电流之比并向下取整而获得的。LED灯珠串的组数η是根据PFC模块的输出电压与LED灯珠的工作电流所对应的工作电压之比并向下取整而获得的。
[0051 ]电流检测模块与恒流驱动模块相连，用于检测恒流驱动模块的驱动电流并提供给MCU控制模块；
[0052]温度检测模块和照度检测模块分别与LED模组相连，分别用于检测LED模组的温度和照度并提供给MCU控制模块；
[0053]MCU控制模块根据所接收到的驱动电流、温度和照度来控制恒流驱动模块，从而调节LED模组的工作电流。
[0054]本实施例中，基于最佳光效的LED电光源自适应控制方法是按如下步骤进行:
[0055]上电之前，需要先对自适应控制装置进行初始化，如图3所示，其中初始化包括以下几项内容:
[0056]1、设置恒流驱动模块的工作电流为其额定电流；
[0057]2、设置MCU控制模块中的几个参考参数:LED模组的参考照度400Lux、LED模组所在电路板的临界温度为60 °C及LED模组可长期承受的最大工作电流为60mA; LED模组的参考照度指的是LED模组应该达到的照度;LED模组可长期承受的最大工作电流为LED灯珠的额定电流;LED模组所在电路板的临界温度指的是若该电路板的温度大于其临界温度，则LED模组会产生严重的光衰现象。通常情况下，可以认为这个临界温度为60°C;
[0058]3、设置M⑶控制模块向恒流驱动模块发送的初始PffM控制信号的占空比P = 0.5;
[0059]上电之后，自适应控制装置的工作流程如图4所示，具体步骤如下:
[0060]步骤1、iCU控制模块将占空比为P的PWM控制信号发送给恒流驱动模块；用来调节恒流驱动模块的驱动电流；
[0061]步骤2、MCU控制模块判断恒流驱动模块的驱动电流是否大于LED模组所能长期承受的最大工作电流;若大于，则执行步骤3;否则，执行步骤4;
[0062]步骤3、降低MCU控制模块发送的PffM控制信号的占空比P，每次降低0.05，并返回步骤2执行;本实施例中，每次占空比P降低0.05 ；
[0063]步骤4、等待自适应控制装置运行T小时后，利用照度检测模块采集LED模组的照度，并判断照度是否大于预设的参考照度，若大于，则返回步骤3执行;若小于，则执行步骤5 ；若等于，则执行步骤6;本实施例中，T为半个小时；
[0064]步骤5、增大MCU控制模块发送的PffM控制信号的占空比P，每次增大P，并返回步骤2执行;本实施例中，每次增大0.05 ；
[0065]步骤6、利用温度检测模块采集LED模组的温度，并判断温度是否大于60°C;若小于等于，则执行步骤7;否则返回步骤3执行；
[0066]步骤7:自适应控制装置正常工作，图5为自适应控制装置工作过程中光效E随着驱动电流I的变化示意图，最终自适应控制装置会工作在图中的e点。
【主权项】
1.一种基于最佳光效的LED电光源自适应控制装置，其特征包括:整流模块、PFC模块、LED模组、MCU控制模块、温度检测模块、照度检测模块、恒流驱动模块、电流检测模块； 所述整流模块接入外部输入电源，用于将交流电转化为直流电，并与所述PFC模块相连； 所述PFC模块用于提高所述LED电光源自适应控制装置的功率因数，并与所述LED模组和所述恒流驱动模块相连，分别为所述LED模组和恒流驱动模块供电； 所述恒流驱动模块与LED模组相连，用于调节所述LED模组的工作电流； 所述恒流驱动模块与所述MCU控制模块相连，用于接收所述MCU控制模块发送的控制信号； 所述电流检测模块与所述恒流驱动模块相连，用于检测所述恒流驱动模块的驱动电流并将检测到的驱动电流提供给所述MCU控制模块 所述温度检测模块和照度检测模块分别与所述LED模组相连，分别用于检测所述LED模组的温度和照度并将检测到的温度和照度提供给所述MCU控制模块； 所述MCU控制模块根据所接收到的驱动电流、温度和照度来控制所述恒流驱动模块，从而调节所述LED模组的工作电流。2.根据权利要求1所述的基于最佳光效的LED电光源自适应控制装置，其特征是，所述LED模组是由η组LED灯珠串组成;相邻两组LED灯珠串为串联连接;每组LED灯珠串包含m个LED灯珠，且其中任意两个LED灯珠为并联连接;n>I;m>0。3.根据权利要求1所述的基于最佳光效的LED电光源自适应控制装置，其特征是，所述LED灯珠串中的LED灯珠的个数m是根据LED灯珠的额定电流与所述LED灯珠的工作电流之比并向下取整而获得的。4.根据权利要求1所述的基于最佳光效的LED电光源自适应控制装置，其特征是，所述LED灯珠串的组数η是根据所述PFC模块的输出电压与所述LED灯珠的工作电流所对应的工作电压之比并向下取整而获得的。5.一种基于最佳光效的LED电光源自适应控制方法，其特征是按如下步骤进行: 步骤1、对自适应控制装置进行初始化并上电； 步骤2、所述MCU控制模块将占空比为P的PWM控制信号发送给恒流驱动模块，用来调节所述恒流驱动模块的驱动电流； 步骤3、所述MCU控制模块判断所述恒流驱动模块的驱动电流是否大于LED模组所能长期承受的最大工作电流;若大于，则执行步骤4;否则，执行步骤5; 步骤4、降低所述MCU控制模块发送的PffM控制信号的占空比P，并返回步骤2执行； 步骤5、等待自适应控制装置运行T小时后，利用照度检测模块采集LED模组的照度，并判断所述照度是否大于预设的参考照度，若大于，则返回步骤4执行;若小于，则执行步骤6;若等于，则执行步骤7; 步骤6、增大所述MCU控制模块发送的PffM控制信号的占空比P，并返回步骤2执行； 步骤7、利用温度检测模块采集所述LED模组的温度，并判断所述温度是否大于LED产生光衰时的临界温度;若小于等于，则执行步骤8;否则返回步骤4执行， 步骤8:自适应控制装置正常工作。6.根据权利要5所述的自适应控制方法，其特征是，所述步骤I是按如下过程进行: 步骤1.1:设置所述恒流驱动模块的工作电流为其额定电流； 步骤1.2:设置所述MCU控制模块中的相关参考参数，包括:所述LED模组的参考照度、所述LED模组所在电路板的临界温度及所述LED模组可长期承受的最大工作电流； 步骤1.3:设置所述MCU控制模块向所述恒流驱动模块发送的初始PWM控制信号的占空比为P; 步骤1.4:上电。
【文档编号】H05B33/08GK105898929SQ201610383029
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】王建平, 李伟, 徐晓冰, 徐志户, 黄涛, 许可义
【申请人】合肥工业大学