一种LED亮度控制装置的制作方法

本实用新型涉及一种用于驱动LED列并对其亮度进行调整控制的LED调整控制
技术领域：
,尤其是一种LED亮度控制装置。
背景技术：
：使用发光二极管（LED）的LED照明与荧光灯或白炽灯等以往的照明电气相比，具有使用寿命较长且耗电较低的特征，因而作为下一代考虑环保的照明设备而备受期待。然而，作为LED照明的短期课题，业界指出了有关减小放射电波的干扰声（以下称“干扰声”）和交流输入中的高谐波（以下称“高谐波”）的问题等。业界还指出，现在大部分的LED照明装置是暂时将交流转换成直流而在内部利用直流进行驱动，因此需要复杂的LED周边电路。在所述的以往亮度调整技术中，存在一些弊病，例如，过了一段时间后会进行伴随平滑亮度变化的亮度调整（所谓的渐变处理），这时必须进行庞大的运算处理，从而给调整电路带来较多负荷，无法迅速地进行处理。从这个观点来看，人们期望有一种进一步改进的用于提高LED单元或LED列表现能力的LED亮度控制技术。技术实现要素：本实用新型的目的在于提供一种LED亮度控制装置，其可用AC输入直接地进行驱动并降低闪烁和高谐波的产生，且耗电量低，并能简便且高速地实现伴随平滑亮度变化的亮度调整。本实用新型的LED亮度控制装置包含串联通信控制单元、指令解码器、每一LED列连接的用于控制多个LED列的亮度控制信息寄存器、D/A转换器单元、开关电路、LED驱动器、及内部电压产生单元，其特征是：亮度控制信息寄存器储存用于亮度控制的信息位与用于色调控制的信息位，D/A转换器单元具有根据亮度控制用信息位进行D/A转换的第一D/A转换器及根据色调控制用信息位进行D/A转换的第二D/A转换器，且开关电路对LED驱动器进行开/关控制。优选地，所述第一D/A转换器包含将多位作为输入的CMOS。优选地，所述第二D/A转换器包含将多位作为输入的MOSFET。优选地，所述开关电路为包含MOSFET的1位开关电路。优选地，其中所述指令解码器对用开始指令和结束指令括起来的控制指令进行解码，所述控制指令包含装置动作指示指令和亮度设定指示指令，且所述装置动作指示指令中包含用于指定所述亮度控制信息寄存器中的亮度控制用信息位的指令，所述亮度设定指示指令中包含用于指定所述亮度控制用信息位的值的指令。优选地，其中所述指令解码器对用开始指令和结束指令括起来的控制指令进行解码，所述控制指令中包含装置动作指示指令和亮度设定指示指令，且所述装置动作指示指令中包含用于以组为单位使所述LED列亮起或熄灭的指令，所述亮度设定指示指令中包含用于指定所述组之间的每种颜色的LED。根据本实用新型可提供一种LED亮度控制装置，其可用AC输入直接地进行驱动并降低闪烁和高谐波的产生，且耗电量低，并能简便且高速地实现伴随平滑亮度变化的亮度调整。附图说明图1为本实用新型的优选实施例的LED亮度控制装置的组块构成。图2为本实用新型的优选实施例的LED亮度控制装置的详细电路。图3为本实用新型的优选实施例的LED亮度控制装置的详细电路。图4为本实用新型的其它实施例的LED亮度控制装置的组块构成。图5为本实用新型的其它实施例的LED亮度控制装置的组块构成。图6为本实用新型的其它实施例的LED亮度控制装置的详细电路。具体实施方式参考附图对用于实施本实用新型的LED亮度控制装置的形态进行详细说明。特别是图1～图3说明了本实用新型的LED亮度控制装置的硬件构成。图1显示了本实用新型一实施例的LED亮度控制装置的组块构成。如图1所示，LED亮度控制装置100包含串联通信控制单元101、指令解码器102、亮度控制信息寄存器103、第一D/A转换器104、第二D/A转换器105、1位开关电路106、LED驱动器107、及内部电压产生单元108，且串联通信控制单元101、指令解码器102、亮度控制信息寄存器103、第一D/A转换器104、第二D/A转换器105、1位开关电路106、及LED驱动器107分别控制每个RGB的LED列。（以下，D/A转换器也称为“DAC”）即，如图1所示，总共有12段的亮度控制信息寄存器-第一D/A转换器-第二D/A转换器-1位开关电路-LED驱动器的列中，作为最上段（第1段）电路的亮度控制信息寄存器103A1（及1位寄存器103A2）、第一D/A转换器104A、第二D/A转换器105A、1位开关电路106A、及LED驱动器107A控制红色（R）的串联LED列（当全波整流为AC24V时为9个）。同样，在图1中，第2段电路控制绿色（G）的串联LED列（当全波整流为AC24V时为9个），第3段电路控制蓝色（B）的串联LED列（当全波整流为AC24V时为9个）。这样，RGB一组的LED列控制电路（以下也称为“组”）包含3段的电路，在图1中构成为：RGB一组的LED列中可进行BK0～BK3的4组（作为颜色单位的电路的段数为12段）部分的控制。当然，图1所示的电路构成例为本实用新型的一个实施例，可在设计上适当地对LED列的个数及段数进行改变。例如，当可串联的LED的个数为13个时，作为全波整流需要AC32V。串联通信控制单元101接收以与时钟信号同步的方式送来的串联信息，使用移位寄存器或计数器等转换成8位或16位的数据，并发送到指令译解单元102。指令译解单元102分析从串联通信控制单元101发送的信息，且当与未图示的主机所指示的装置地址相一致（例如4位）时，作为针对自身的指示（例如图1所示的全12段LED元件），将按照发送来的信息来工作。作为一个实施例，如图1所示，针对各段的各个颜色，亮度控制信息寄存器103包含8位寄存器（亮度控制用3位+色调控制用5位）与对应各色LED的开/关用1位开关电路寄存器。作为一个实施例，如图1所示，第一D/A转换器104为5位D/A转换器，并将亮度控制信息寄存器103的色调控制用的5位的值作为输入而转换成模拟值并输出。而且，第二D/A转换器105为3位D/A转换器，并将亮度控制信息寄存器103的亮度控制用的3位的值作为输入而转换成模拟值并输出。被第一D/A转换器104及第二D/A转换器105转换成模拟值并输出的信号经由1位开关电路106被发送到LED驱动器107。针对LED列的各个颜色，1位开关电路106为可打开或关闭亮度（色）输出的开关电路，且如下所述，作为一个实施例而包含MOSFET。LED驱动器107是用于驱动RGB的每种颜色的LED列的驱动器电路。作为一个实施例，在内部电压产生单元108，通过未图示的电源所施加的作为全波整流的AC24V电压来产生用于通信、保存亮度信息、驱动和控制LED的各控制用内部电压，并供给各控制单元/电路单元。接着，在图2中显示了本实用新型一实施例的LED亮度控制装置的详细电路。在该图中，DAC/LED驱动电路200表示在图1的LED亮度控制装置100中、第一D/A转换器104、第二D/A转换器105、1位开关电路106及LED驱动器107中、“1段部分的”详细电路。而且，DAC/LED驱动电路200大致包含5位3通道DAC201、缓冲器电路202、3位3通道DAC203、1位开关电路204、及LED驱动器电路205，且通过虚拟接地来进行接地。如图2所示，5位3通道DAC201包含5个CMOS，3位3通道DAC203包含3个MOSFET，且如图所示、经由缓冲器电路202进行连接。此外，从5位3通道DAC201及3位3通道DAC203输出的信号经由包含MOSFET的1位开关电路204输出到LED驱动器电路205，仅通过1位开关电路204的开/关操作，就可在不对写入亮度控制寄存器的亮度信息和色调信息进行重写的情况下进行LED的各种颜色的开/关控制。如图2所示，LED驱动器电路205是用于控制1色（例如，R・G・B）LED列的LED驱动器，其具有运算放大器205-1、三个晶体管205-2、205-3、205-4以及各电阻，它们构成了恒定电流驱动电路，其用于根据脉动电流的电压值、通过3段切换来驱动对应一个颜色的一个LED列。作为一个实施例，输出峰值为35mA/40V（电流值为固定）。作为一个实施例，虚拟接地206经由约1000pF～0.01μF的电容器而进行设置，用作本实用新型一实施例的LED亮度控制装置内的各电路组块、各芯片的共通接地。图3中显示了本实用新型一实施例的LED亮度控制装置的详细电路。图3所示的LED列300与图2所示的LED驱动器电路205相连，向LED亮度控制装置供给AC24V的全波整流，且9个LED301～309为串联。在LED列300中，电流从I0流入（施加电压），且被LED驱动器电路205的控制分成I1、I2、I3，此动作是为了以脉动电流来驱动LED。（另外，如下所述，本实用新型的LED亮度控制装置通过3位亮度控制用寄存器，可在保持色调固定的情况下进行多层次的亮度控制）。此外，如图3所示，在LED列300中，沿电流I0流过的方向配有RGB1组的LED元件模块301～309，LED列300具有以下三个特征。（1）LED元件模块中流过的电流的顺序与配置的顺序不同。首先，LED元件模块中流过的电流的顺序与配置的顺序不同，在图3中为LED元件模块302→304→306→308→309→307→305→303→301的顺序。换言之，LED列中偶数序号（或奇数序号）的LED元件模块从第一个开始进行串联，接着从奇数序号（或偶数序号）的LED元件模块的后方开始进行串联。这样可以抑制亮度的不均一。（2）各LED元件模块的对应各色的LED的配置顺序因模块而异。如图3所示，LED列300中奇数序号的LED元件模块301、303、305、307的各LED元件模块的LED排列顺序在图中自上起为R→G→B。另一方面，偶数序号的LED元件模块302、304、306、308的各LED元件模块的LED排列顺序在图中自上起为B→G→R。像这样通过使各色LED的排列有所不同，可进一步抑制亮度的不均一。（3）对应红色（R）的LED元件连接有电阻R。如图3所示，在LED列300中，LED元件304R（红色）与LED元件304R（红色）之间连接有电阻R31，LED元件307R（红色）与LED元件305R（红色）之间连接有电阻R32。如此，可通过使电阻与红色LED元件相连来抑制绿色与蓝色之间的偏差，从而使色调稳定。此外，安装时的RGB元件模块310为2.8mm×3.5mm左右的芯片，但根据用途的不同，也可使用更大的元件，或元件不内置多色的LED而适当地组合使用单色LED，即红、蓝、绿等。接着，对图1～图3所示的用于控制硬件的指令格式（指令体系）进行详细说明。本实用新型的LED亮度控制装置包含DAC等各电路，且具有可执行以下指令体系的逻辑构成。因此，本实用新型的LED亮度控制装置可仅根据硬件上的构成来规定，并可具有该硬件与控制该硬件的软件（本指令格式）协同工作的特征。作为一个实施例，如下表所示，指令格式由包含以E7（16进制表示）开头的“开始指令”、装置动作指示（1字节）及亮度设定指示（2字节）的“控制指令”与以CC（16进制表示）结尾的“结束指令”所组成。表1指令分类指令值（指令长度）开始指令E7(16进制、1字节)控制指令装置动作指示（1字节）（+亮度设定指示（2字节）)结束指令CC(16进制、1字节)如下所述，如果控制指令为单一动作则为一组装置动作指示（1字节）（+亮度设定指示（2字节））的发送，如果为连续动作则可在发送装置动作指示（1字节）后以2字节单位连接亮度设定指示并进行发送。另外，开始指令除E7（16进制表示）以外也可定义E3（16进制表示），当开始指令为E3时，可仅指示2字节固定长度的亮度设定值。装置动作指示指令是以1字节固定长度来规定装置并指定其动作的指令。装置动作指示指令可用高4位和低4位进行如下指定。（1）高4位指定装置地址以规定元件。装置地址是用指定指令的高4位来表现的0～F（16进制表示）的值，且仅在自身的装置地址与发送的装置地址一致时执行控制指令。（2）用低位指示动作模式。对应该低位值（0～F）的动作指示详情如下表所示。表2低位值动作分类指示对象指示详情0ｘF连续动作DAC所有bit（位）写入指示点亮所有LED，并按照亮度设定指令、将数据写入指定组或指定块的DAC中0ｘE单一动作DAC所有bit（位）写入指示点亮所有LED，并按照亮度设定指令、将数据写入指定组或指定块的DAC中0ｘD连续动作高位DAC写入指示点亮所有LED，并按照亮度设定指令、将数据写入指定组或指定块的高位DAC中0ｘC单一动作高位DAC写入指示点亮所有LED，并按照亮度设定指令、将数据写入指定组或指定块的低位DAC中0ｘB连续动作低位DAC写入指示点亮所有LED，并按照亮度设定指令、将数据写入指定组或指定块的低位DAC中0ｘA单一动作低位DAC写入指示点亮所有LED，并按照亮度设定指令、将数据写入指定组或指定块的低位DAC中0ｘ9———0ｘ8———0ｘ7单一动作第3组LED动作指示LED点亮0ｘ6单一动作第3组LED动作指示LED熄灭0ｘ5单一动作第2组LED动作指示LED点亮0ｘ4单一动作第2组LED动作指示LED熄灭0ｘ3单一动作第1组LED动作指示LED点亮0ｘ2单一动作第1组LED动作指示LED熄灭0ｘ1单一动作第0组LED动作指示LED点亮0ｘ0单一动作第0组LED动作指示LED熄灭另外，上表中的第0组～第3组分别对应图1的BK0～3。亮度设定指示指令用2字节的固定长度，以高4位指定组的地址，以低4位指定颜色。然后，以高4位指定组，以低4位指定块，将数据写入动作指示指令所指定的DAC中。首先，高位字节的详细规格范例如下表所示。表3位的位置指定的含义2的7次方bit（位）为“1”时指定第3组2的6次方bit为“1”时指定第2组2的5次方bit为“1”时指定第1组2的4次方bit为“1”时指定第0组2的3次方bit本位始终为“0”2的2次方bit为“1”时指定第2块=蓝色LED2的1次方bit为“1”时指定第1块=绿色LED2的0次方bit为“1”时指定第0块=红色LED另外，上表中的第0组～第3组分别对应图1的BK0～3。此外，当多个bit为“1”时，所有为“1”的组/块都会被选择。此外，低位字节的详细规格范例为：在该低位1字节设定要为DAC设定的亮度信息。此时，1）只有以开始指令指定的DAC的情报有效，其它的忽略不计。2）本元件的DAC被分成高3位和低5位，但在处理上即使是8位DAC也能处理。3）在本元件中，各个块的DAC被分成高3位和低5位，准备在低5位设定流过LED的电流值，在高3位设定用于进行区块共通亮度控制的电流值。4）高位DAC由三位构成，可指定八个渐变阶段即0～7。5）低位DAC由五位构成，可指定32个直线渐变阶段即00h～1Fh。如果像这样为各个DAC设定数值，则各个DAC会使相应的电流值瞬间流到各LED列。像这样使用本实用新型一实施例的指令来运行以往的LED亮度控制装置时，必须对各LED列进行1次设置（共12段，合计12次设置），相对于此，使用本实用新型一实施例的指令格式来运行本实用新型一实施例的LED亮度控制装置时，只要对每组进行开关控制便足够。如上所述，使用本实用新型一实施例的指令格式来运行本实用新型一实施例的LED亮度控制装置时无需以往LED亮度控制装置中的按模计算等，因此可轻松地进行渐变处理或闪烁处理等，结果可提高LED单元或LED列的表现能力，进一步改善LED亮度控制。构成本实用新型的LED亮度控制装置的电路模块以及用于控制本实用新型的LED亮度控制装置的方法也适用于一般的LED照明设备。此时需要如下的功能单元和/或电路构成。首先，在一般的LED照明设备内需要亮度设定功能单元，其用于根据LED的种类和所需亮度来设定流过LED的电流值（亮度）；以及与所述亮度设定功能单元分开来的亮度调整功能单元，其用于视需要从外部调整照明设备的亮度。这些功能一般可使用乘算型DA转换器，流过LED的电流值（亮度）经由低位DA转换器而输入，照明设备的亮度可经由高位DA转换器通过外部信号输入设定信息。在一般的照明设备中，除了通过通信电路来调整照明亮度的特殊情况以外，当亮度调整通过开关来进行切换，或在调整后暂时固定并对照明设备的亮度进行控制时，适当地对高位DAC输入信号。该输入信号可采用开关等的接点信号、光电耦合器等的含绝缘的逻辑信号等。用于实现以上功能的功能组块如图4所示。另一方面，用于实现通信控制的功能组块如图5所示，需要增加通信接收功能单元901（包含串联通信接收单元和时钟接收单元）以及亮度信息寄存器902。另外，如果是以脉动电流工作，则该寄存器901需要一个用于保存内部电压的机构。关于内部电压的保持，例如可考虑向内部电压附加几μF的电容，或使可在脉动电流下工作的模块部分与必须保持电压的模块部分分离，为作为后者的模块部分附加用于保持电压的电容器。另外，在该实施例中设想的照明是使用伪白色LED或单色LED的照明，但如果是使用多色LED的照明设备，则进行利用各色对应的低位DAC进行色调的调整，之后使用为每个颜色所设的高位DAC来亮度和色调。此时，向高位DAC的信号输入与上述一般照明设备时的输入相同。当然，如果连接多个恒定电流源的输出，则输出电流会增加，其值为恒定电流值的总和。此外，如果恒定电流源与多个保持电流平衡的LED列连接，则可使电流均等地流过各LED列。未保持电流平衡时，电流会集中流过VF（LED的顺向电压降）最低的LED列。驱动电路1000大致包含用于控制一个或多个LED列的D/A转换单元（1001～1003）、LED驱动单元1005以及内部电压产生单元（未图示），且具有可改变设定的LED亮度设定功能（在图中为LED电流值设定（0）～（4）的控制）与可进行外部设定的照明设备亮度设定功能（在图中为照明_亮度SW（0）～（2）的控制）。更详细而言，上述D/A转换单元包含用于根据LED的亮度设定信息来进行LED的亮度控制的第一D/A转换器1001、以及经由缓冲器电路1002连接的用于控制上述照明设备亮度的第二D/A转换器1003。此外，LED驱动单元1005具有n个驱动用恒定电流电路，以驱动n个LED列。如图6所示，以上的电路模块通过虚拟接地1006来接地。在图6中，也可以不包含缓冲器电路1002以及第二D/A转换器1003。此时，无来自照明_亮度SW（0）～（2）的输入，因此无外部设定的亮度设定，只有可改变设定的LED亮度设定。根据本实用新型，能以AC输入直接进行驱动，从而抑制闪烁和高谐波的产生并实现低耗电，且可实现一种LED照明功能，其可与LED的亮度设定（即流过LED的电流值）无关地调整照明设备的亮度。当前第1页1 2 3