专利名称：一种基于fpga的led调光电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED调光电路，尤其是指FPGA应用于大功率LED舞台灯的调光电 路。
背景技术：
现有舞台灯光光源主要以卤素灯，气体放电灯为主，随着LED技术的发展，LED光 源的光效越来越高，单颗LED封装功率越来越大，大功率LED光源应用于舞台灯光已成为一 种趋势。由于舞台灯光设备需要接受各种直播设备的视频拍摄、声音录制，因此对灯具的调 光频率、调光噪音、调光平滑度要求均比较高。一般的大功率LED调光电路已由于其调光频 率较低无法满足要求，因此无法解决舞台灯光中的高清摄像抖动、调光时驱动电路的噪音、 低亮度调光不平滑等问题。
发明内容
本发明提供一种的基于FPGA的LED调光电路可防止舞台灯光高清摄像抖动，使得 低亮度调光平滑，消除调光噪音。本发明提供的一种基于FPGA的LED调光电路，包括MCU单元、FPGA单元以及驱动 单元；所述MCU单元，用于根据用户第一指令从DMX中获取信号，并根据公式B = D*Bmax 计算所述D值，其中所述B为LED实际亮度，所述Bmax为LED峰值亮度，所述D为PWM调光 电路的占空比；所述FPGA单元，用于根据公式D = D = N/2k，其中所述N为整数，0 < N < 2k，K为 PWM调光电路的位宽；再根据公式Fdim = Fsw/2K,计算所述Fsw值，其中所述Fsw为PWM时 钟频率，Fdim为调光频率；所述驱动单元，用于驱动大功率LED光源点亮。本发明通过将FPGA应用于LED调光电路，主要是指PWM调光电路，根据上述公式 加大了 PWM电路的位宽，使的调光曲线更光滑；增大了 LED调光电路的调光频率，因此可使 人眼视觉上感觉光学平稳度高，因此解决高清摄像抖动、调光时驱动电路的噪音的问题，解 决低亮度调光不平滑的问题。
附图1为本发明基于FPGA的LED调光电路的结构框图；附图2为本发明基于FPGA的LED调光电路的FPGA单元的电路结构图。
具体实施例方式舞台灯光由于需要接受各种直播设备的视频拍摄，声音录制，对灯具的调光频率、 调光噪音以及调光平滑度要求都很高，而一般的LED舞台灯光的PWM调光电路难以满足要求。请参见附图1为本发明基于FPGA的LED调光电路的流程图，包括MCU单元、FPGA 单元以及驱动单元；包括以下步骤，所述MCU单元，用于根据用户第一指令从DMX中获取信 号，并根据公式B = D^Bmax (1)计算所述D值，其中所述B为LED实际亮度，所述Bmax为 LED峰值亮度，所述D为PWM调光电路的占空比(步骤1)；所述FPGA单元，用于根据公式D =N/2k(2)，其中所述N为整数，0彡N彡2k，K为PWM调光电路的位宽；再根据公式Fdim = Fsw/2K(3)，计算所述Fsw值，其中所述Fsw为PWM时钟频率(步骤2)；所述驱动单元，用于 用于驱动大功率LED光源点亮(步骤3)。在舞台灯光的调光中，灯具所接收的都为DMX512信号；MCU在开机系统初始化后， 根据用户第一指令从DMX中获取信号，并判断数据是否发生变化，若数据发生变化，则将接 收到的数据进行处理，转换为调光的8位数据，具体的，在执行步骤1时，在此同时介绍PWM 调光，首先解释脉冲宽度调制(PWM)是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高 分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM 信号仍然是数字的。而在P丽调光中，LED正向电流以受控的占空比D进行开或关，以达到 想要的亮度B ；LED的亮度B与占空比D成比例。设定MCU接收到的DMX数值为η (为整数)， 光输出亮度为B，最大光输出为Bmax。所述MCU单元，用于根据用户第一指令从DMX中获取 信号，并根据公式B = D^Bmax (1)计算所述D值，其中所述B为LED实际亮度，所述Bmax为 LED峰值亮度，所述D为PWM调光电路的占空比。在执行步骤2时，所述FPGA单元，用于根据公式D = N/2k(2)，计算所述K值，其中 N为整数，0彡N彡2k，K为PWM调光电路的位宽；再根据公式Fdim = Fsw/2K(3)，计算所述Fsw值，其中所述Fsw为PWM时钟频率；一般而言，人眼能感到比较平稳的调光频率约为大于100HZ ；当 K = 8 时由(3)可算出 Fsw = 25. 6KHZ当 K = 11 时由(3)可算出 Fsw = 204. 8KHZ普通相机摄像设备比较稳定的频率约为大于800HZ当 K = 8 时由(3)可算出 Fsw = 204. 8KHZ当 K = 11 时由(3)可算出 Fsw = 1638. 4KHZ舞台灯光高清摄像设备比较稳定的频率约为大于2000HZ当 K = 8 时由(3)可算出 Fsw = 512KHZ当 K = 11 时由(3)可算出 Fsw = 4096KHZ在此过程中，还可解决低亮度调光不平滑。对比度一般都被定义为系统可产生出 的最亮色彩(最高亮度)与最暗色彩(最低亮度)的发光度比率.也就是式(1)中Dmax/ Dmin，在调光系统中，对比度的大小取决于PWM的位数，普通的调光电路中PWM的位宽通常 都为8位，根据式(2)，所以传统调光电路中最暗占空比1/255，最亮占空比为1，对比度为 255，而PWM位宽越宽，可调范围越大，调光曲线会越平滑。在执行步骤3时，驱动单元，用于驱动大功率LED光源点亮。优选的，所述驱动单元还用于根据所述Fsw调整所述调光电路的驱动电路的噪 音。目前LED恒流电路，多为开关电源恒流方式，其中有一个功率电感，调光噪音就源于此。 电感中的电流变化产生振动，从而产生声音，特别是在50%占空比的时候，振幅最强。
人能听见的声音频率为20HZ到20KHZ (只考虑20KHZ)当 K = 8 时由(3)可算出 Fsw = 5120KHZ当 K = 11 时由(3)可算出 Fsw = 40960KHZ最敏感的频率为200HZ-10KHZ (只考虑10KHZ)当 K = 8 时由(3)可算出 Fsw = 2560KHZ当 K = 11 时由(3)可算出 Fsw = 20480KHZ()可参见下表，为本发明基于FPGA的LED调光电路的性能与传统的调光电路的比 较；三种调光电路的指标比较表
权利要求
1.一种基于FPGA的LED调光电路，其特征在于包括MCU单元、FPGA单元以及驱动单元；所述MCU单元，用于根据用户第一指令从DMX中获取信号，并根据公式B = D*Bmax计 算所述D值，其中所述B为LED实际亮度，所述Bmax为LED峰值亮度，所述D为PWM调光电 路的占空比；所述FPGA单元，用于根据公式D = N/2k，其中所述N为整数，0彡N彡2k，K为PWM调光 电路的位宽；再根据公式Fdim = Fsw/2K,计算所述Fsw值，其中所述Fsw为PWM时钟频率， Fdim为调光频率；所述驱动单元，用于驱动大功率LED灯。
2.如权利要求1所述的一种基于FPGA的LED调光电路，其特征在于所述驱动单元还 用于根据所述Fsw调整所述调光电路的驱动电路的噪音。
3.如权利要求1或2所述的一种基于FPGA的LED调光电路，其特征在于所述驱动单 元还用于根据Dmax/Dmin的值调整调光电路的调光平滑度。
4.如权利要求1所述的一种基于FPGA的LED调光电路，其特征在于所述FPGA单元 包括分频器模块，地址锁存器模块，数据锁存与处理模块以及PWM信号发生器模块；其中所 述分频器模块用于将系统时钟分频后提供给所述PWM信号发生器模块做时基；所述地址锁 存器模块，用于锁存地址数据；所述数据锁存与处理模块，用于将8位调光数据处理成11位 平滑的调光数据，并送至PWM信号发生器模块；所述PWM信号发生器模块，用于根据所述11 位平滑的调光数据调制为PWM信号并输出。
全文摘要
本发明提供一种基于FPGA的LED调光电路，包括MCU单元、FPGA单元以及驱动单元；所述MCU单元，用于根据用户第一指令从DMX中获取信号，并根据公式B＝D*Bmax计算所述D值，其中所述B为LED实际亮度，所述Bmax为LED峰值亮度，所述D为PWM调光电路的占空比；所述FPGA单元，用于根据公式D＝N/2k，计算所述K值，其中所述N为整数，0≤N≤2k，K为PWM调光电路的位宽；再根据公式Fdim＝Fsw/2K，计算所述Fsw值，其中所述Fsw为PWM时钟频率；所述驱动单元，用于驱动大功率LED灯。本发明提供一种的基于FPGA的LED调光电路可防止舞台灯光高清摄像抖动，使得低亮度调光平滑，消除调光噪音。
文档编号H05B37/02GK102098847SQ20111002339
公开日2011年6月15日 申请日期2011年1月20日 优先权日2011年1月20日
发明者梁志威 申请人:广州市番禺区珠江灯光音响实业有限公司