一种亮度可调节的LED灯控制电路

技术领域

本发明属于家用LED照明控制方式领域，尤其涉及一种亮度可调节的LED灯控制电路。

背景技术

当人从暗处到明处时，眼睛对强光大约有2分钟的适应时间；尤其是夜晚睡觉醒来时突然开灯，如果灯光太亮，人会有眩晕、睁不开眼睛等不舒适的感觉，如果灯光比较暗，不舒适的感觉就会减少很多。而当前市场上的LED灯泡亮度都比较亮，而且在通电后亮度立即达到最亮，没有逐渐变亮的过程。这样的LED灯泡用在卧室里，尤其夜晚开灯时，其强光会导致眼睛有较强的不舒适感。

公开号为CN112512170A的中国发明专利申请公开了一种LED灯控制电路及LED驱动装置、驱动控制方法，LED灯控制电路包括：模拟信号转换单元、输出电流计算单元、误差放大单元以及驱动装置，其中：模拟信号转换单元，其输入端输入调光信号，适于对PWM调光信号进行计算得到表征调光亮度的模拟基准控制信号；输出电流计算单元，对LED电流采样获得的采样信号进行计算得到表征LED电流大小的等效电流信号；误差放大单元，其第一输入端与模拟信号转换单元的输出端耦接，其第二输入端与输出电流计算单元的输出端耦接，产生误差电压；驱动装置，其一端输入误差电压，根据误差电压生成驱动信号并输出。上述方案能够避免LED灯闪的情况出现。但是，上述控制电路并没有解决黑暗环境下，LED灯泡通电被点亮的瞬间光线太强导致人眼不舒适的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种亮度可调节的LED灯控制电路，解决在黑暗的环境下开灯，LED灯泡瞬间亮度太亮会导致人眼不舒适的问题；同时在环境光线较强时，LED灯泡在开灯的瞬间亮度可以达到最强，不影响正常应用。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种亮度可调节的LED灯控制电路，包括电源检测模块，环境光线识别模块，信号延时和锁存模块以及输出模块；

所述电源检测模块包括电源检测单元和延迟单元；

所述环境光线识别模块包括可见光传感器、输入信号滤波放大处理单元、第一参考电压、第一比较器和第二比较器；其中，所述可见光传感器发出的信号经过所述输入信号滤波放大处理单元处理后，分别与所述第一比较器和所述第二比较器的正输入端相连；所述第一参考电压的两路输出参考电位与所述第一比较器和所述第二比较器的负输入端相连；

所述信号延时和锁存模块包括第一锁存器、第二锁存器、解码器、第一延迟单元、第二延迟单元、第三锁存器、第四锁存器、第一和门；其中，所述解码器包含第一反相器、第二反相器、第一与门、第二与门、第三与门；所述第一锁存器接收所述第一比较器的输出信号，所述第二锁存器接收所述第二比较器的输出信号；所述第一锁存器和所述第二锁存器中的信号通过所述解码器解码后分别通过所述第一与门与所述第一延迟单元相连，通过所述第二与门与所述第二延迟单元相连，以及所述第三与门与第一和门直接相连；

所述输出模块由第二参考电压、第一开关、第二开关、第三开关、放大器、电阻、场效应管、LED灯泡组成；所述第一开关与所述第一延迟单元相连，并受所述第一延迟单元控制；所述第二开关与所述第二延迟单元相连，并受所述第二延迟单元控制；所述第三开关与第一和门相连，并受第一和门控制；所述第一开关、第二开关、第三开关的输入端分别与所述第二参考电压的三个参考电位相连，输出端连接在一起，并相连到所述放大器的正输入端；所述放大器的输出端与所述场效应管的栅极相连，所述场效应管的源极与电阻以及放大器的负输入端相连，所述场效应管的漏极与LED灯泡相连。

优选地，所述所述电源检测模块用于在电源上电时对于第一比较器和第二比较器进行比较；和/或，用于对锁存器进行清零；和/或控制输出模块相对上电时刻的延迟工作时长。

优选地，所述第一参考电压上增加第三参考电压和第三比较器，所述第三参考电压与第一参考电压通过第三比较器比较；比较后的信号存在所述第三锁存器中。

优选地，所述第一参考电压上增加第四参考电压和第四比较器，所述第四参考电压与第一参考电压通过第四比较器比较；比较后的信号存在第四锁存器中。

工作原理：开灯时，通过可见光传感器检测环境光线的强度，根据检测结果控制LED灯泡点亮时的亮度，人眼经过一段时间的适应后，最终达到LDO灯泡的正常亮度。

将可见光传感器检测到的环境光线的强度分3～5个档位，并定义第1档位为环境光线最弱；第3档位到第5档位为环境光线最强。

假设将环境光线的强度分3个档位，开灯时环境光线较暗处于第1档位，LED灯泡点亮时的亮度将控制为正常亮度的20％；延迟30秒到40秒左右，LED灯泡亮度提升到正常亮度的50％；再延迟30秒到40秒左右，亮度达到正常亮度。如果开灯时环境光线强度处于第2档位，LED灯泡点亮时的亮度将设定为正常亮度的50％，延迟30秒到40秒左右，亮度达到正常亮度。如果开灯时环境光线强度较强处于第3档位，LED灯泡点亮时的亮度将设定为正常亮度。

假设将环境光线的强度分4个档位，处于第1档的LED灯泡亮度将控制为正常亮度的10％，第2档的亮度为正常亮度的30％，第3档的亮度为正常亮度的60％，第4档的亮度为正常亮度；每两档之间切换时间约为15秒到25秒。

假设将环境光线的强度分5个档位，处于第1档的LED灯泡亮度将控制为正常亮度的10％，第2档的亮度为正常亮度的25％，第3档的亮度为正常亮度的50％，第4档的亮度为正常亮度的75％，第5档的亮度为正常亮度；每两档之间切换时间约为10秒到20秒。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

通过检测环境光线的强度控制LED灯泡点亮时亮度，能有效避免黑暗环境下开灯LED灯泡太亮对人眼造成的不舒适感。人眼经过1～2分钟的时间适应后，LED灯泡亮度达到正常亮度，这种灯泡更适用于夜晚经常开灯的地方，比如卧室。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例中3档位LED灯控制电路的电路图；

图2为第1档位时，3档位LED灯泡控制时序图；

图3为第2档位时，3档位LED灯泡控制时序图；

图4为第3档位时，3档位LED灯泡控制时序图；

图5为本实施例中4档位LED灯控制电路的电路图；

图6为第1档位时，4档位LED灯泡控制时序图；

图7为5档位LED灯控制电路的电路图；

图8为第1档位时，5档位LED灯泡控制时序图。

其中，101、可见光传感器；102、电信号滤波放大处理单元；110、电源检测和延迟单元；201、第一参考电压；202、第一比较器；203、第二比较器；204、第三比较器；205、第四比较器；301、第一锁存器；302、第二锁存器；303、第五锁存器；304、第七锁存器；401、第一延迟单元；402、第二延迟单元；403、第三延迟单元；404、延迟单元4；501、第三锁存器；502、第四锁存器；503、第六锁存器；504、第八锁存器；601、第二参考电压；701、放大器。

具体实施方式

下面将对本发明具体实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。

如图1所示的3档位LED控制电路示意图，有四部分组成：电源检测模块，环境光线识别模块，信号延时和锁存模块，输出模块。

电源检测模块由电源检测和延迟单元组成，其与滤波放大处理单元、所有锁存器、输出端放大器相连。其信号用来控制可见光传感器的输入信号在电源上电时与第一比较器第二比较器做比较，并对所有锁存器清零，以及控制输出模块在上电多久时间后才开始工作。

环境光线识别模块由可见光传感器、输入信号滤波放大处理单元、第一参考电压、第一比较器、第二比较器组成；其中可见光传感器的信号经过滤波放大处理后，与第一比较器和第二比较器的正输入端相连；第一参考电压的两路输出参考电位与第一比较器和第二比较器负输入端相连。

信号延时和锁存模块由第一锁存器、第二锁存器、解码器、第一延迟单元、第二延迟单元、第三锁存器、第四锁存器、第一和门组成，其中解码器包含第一反相器、第二反相器、第一与门、第二与门、第三与门。第一锁存器接收第一比较器的输出信号，第二锁存器接收第二比较器的输出信号；第一锁存器和第二锁存器中的信号通过解码器解码，其第一与门与第一延迟单元相连，第二与门与第二延迟单元相连，第三与门与第一和门直接相连。第一延迟单元结束延迟后，将信号锁存在第三锁存器中，第三锁存器再将信号传输给第二延迟单元；第二延迟单元结束延迟后，将信号锁存在第四锁存器中，第四锁存器再将信号传输给第一和门中。

输出模块由第二参考电压、第一开关、第二开关、第三开关、放大器、电阻R1、场效应管M1、LED灯泡组成。其中第一开关与第一延迟单元相连，并受第一延迟单元控制；第二开关与第二延迟单元相连，并受第二延迟单元控制；第三开关与第一和门相连，并受第一和门控制；第一开关、第二开关、第三开关的输入端分别与第二参考电压3的三个参考电位相连，输出端连接在一起，并相连到放大器的正输入端；放大器的输出端与场效应管M1的栅极相连，M1的源极与电阻R1以及放大器的负输入端相连，M1的漏极与LED灯泡相连。

具体控制过程如下：

V1为可见光传感器产生的电信号并经过滤波放大处理后的电压；V2为电源检测并延迟一段时间的电压，其作用是LED灯泡通电后，等待可见光传感器将环境光线的强度转化为电信号，以及滤波放大等时间；其次将第一锁存器/12/21/22、第一延迟单元/2清零，以免因为上电而出现误操作；并关断放大器，以免出现短暂的闪烁现象而干扰可见光传感器的判断。

VREF11和VREF12为第一参考电压产生的两个基准电压，用于判断V1电压范围，进而确认环境光的强度范围，且VREF12电压高于VREF11电压。

第一比较器比较V1和VREF11的电压，当V1小于VREF11电压时，说明环境光线强度很弱，处于第1档位，此时输出电压V31为0，第二比较器的输出电压V32也为0；当V1大于VREF11电压，但小于VREF12电压时，说明环境光线强度处于第2档位，此时输出电压V31为高，输出电压V32为0；当V1大于VREF12电压时，说明环境光线强度较强，处于第3档位，此时输出电压V31和V32均为高。

当电源检测延迟结束后，V2从0转化为高，并将V31和V32信号分别锁存到第一锁存器和第二锁存器中。第一反相器、I2，第一与门、NA2、NA3将第一锁存器、12存储的信号解码为V41、V42、V43三个信号。当V31和V32为0时，V41为高，V42和V43为0；当V31为高，V32为0时，V42为高，V41和V43为0；当V31和V32同时为高时，V43为高，V41和V42为0。

V51、V52为30秒到40秒的延迟信号，并分别控制第一开关和第二开关，V51为高时，K1导通，V53为高时，第二开关导通；V55为LED灯泡正常导通时的控制信号，为高时第三开关导通。在同一时间内V51、V53、V55只有一个为高，所以在同一时间内K1、第二开关、第三开关只有一个开关导通。VREF21、VREF22、VREF23为第二参考电压的输出信号，其中VREF23为LED灯泡正常导通时的控制电压，VREF21为VREF23的20％，VREF22为VREF23的50％。

假设V41为高信号，V42、V43为0信号时，V51将在30秒到40秒内保持为高，K1导通，第二开关和第三开关断开。延迟结束，V51从高变成0，第三锁存器将锁存这一状态，其输出信号V52从0变成高，第二延迟单元的输出信号V53也从0变成高，同时第二开关导通，K1关闭。V53延迟30秒到40秒后将从高变成0，第四锁存器将锁存这一状态，其输出信号V54从0变成高，第一和门的输出信号V55从0变成高，第三开关导通，第二开关关闭；V55信号将保持为高，直到断电。

K1、第二开关、第三开关的输出信号VREF3通过放大器和场效应管M1控制电阻R1的电压，进而控制R1的电流，R1的电流即为LED灯泡的电流。LED灯泡正常工作时，第三开关导通，VREF3等于VREF23，LED电流＝VREF23/R1；当K1导通时，VREF3等于VREF21，约为VREF23的20％，LED电流约为正常导通电流的20％；当第二开关导通时，VREF3等于VREF22，约为VREF23的50％，LED电流约为正常导通电流的50％。

工作过程：

当环境光线较暗，处于第1档位，其工作过程如图2所示：

当电源上电后，电源检测单元检测到电源大于设定值时，开始计算延迟时间，同时可见光传感器开始检测环境光线强度并转换为电信号，通过滤波放大处理，得到信号V1，V1通过第一比较器/2与第一参考电压1/12比较，由于V1小于VREF11，所以得到的信号V31＝0，V32＝0。电源检测单元延迟结束后，将V31和V32信号分别锁存到第一锁存器和第二锁存器中，同时滤波放大处理单元停止工作，之后无论环境光线如何变化都不会影响第一锁存器和第二锁存器中的信号，直到断电和下一次的重新上电。第一反相器/I2,第一与门/NA2/NA3对第一锁存器/12解码后,V41＝高，V42＝0，V43＝0。V51从0转变成高，同时第一开关导通，VREF3＝VREF21，LED灯泡开始工作，其电流约为正常工作时电流的20％，亮度较暗，不会让人感觉刺眼。第一延迟单元延迟30秒到40秒后V51从高变为0，同时将信号锁存到第三锁存器中，V53从0转变为高，第二开关导通，VREF3＝VREF22，LED灯泡电流从正常工作时电流的20％上升到50％，通过之前30秒到40秒的适应时间，灯泡的亮度也不会刺眼。第二延迟单元再延迟30秒到40秒后V53从高变为0，同时将信号锁存到第四锁存器中，并通过第一和门输出V55信号，V55从0转变为高，开关3导通，VREF3＝VREF23，LED灯泡电流切换到正常工作时的电流，由于人眼经过60秒到80秒的两种较暗光线的适应，对此时的强光线可以很快适应。

当环境光线处于第2档位，其工作过程如图3所示：

当电源上电后，电源检测单元检测到电源大于设定值时，开始计算延迟时间，同时可见光传感器开始检测环境光线强度并转换为电信号，通过滤波放大处理，得到信号V1，V1通过第一比较器/2与第一参考电压1/12比较，由于V1大于VREF11而小于VREF12，所以得到的信号V31从0转为高，V32＝0。电源检测单元延迟结束后，将V31和V32信号分别锁存到第一锁存器和第二锁存器中，同时滤波放大处理单元停止工作，之后无论环境光线如何变化都不会影响第一锁存器和第二锁存器中的信号，直到断电和下一次的重新上电。第一反相器/I2,第一与门/NA2/NA3对锁存器1/2解码后,V41＝0，V42＝高，V43＝0。V51保持为0，V53从0转变成高，同时第二开关导通，VREF3＝VREF22，LED灯泡开始工作，其电流约为正常工作时电流的50％，此时LED的亮度不会太刺眼。第二延迟单元延迟30秒到40秒后V53从高变为0，同时将信号锁存到第四锁存器中，V55从0转变为高，第三开关导通，VREF3＝VREF23，LED灯泡电流切换到正常工作时的电流，人眼经过30秒到40秒的适应，对更强的光线可以很快适应。

环境光线较强处于第3档位，其工作过程如图4所示：当电源上电后，电源检测单元检测到电源大于设定值时，开始计算延迟时间，同时可见光传感器开始检测环境光线强度并转换为电信号，通过滤波放大处理，得到信号V1，V1通过第一比较器/2与第一参考电压1/12比较，由于V1大于VREF12，所以得到的信号V31和V32均从0转为高。电源检测单元延迟结束后，将V31和V32信号分别锁存到第一锁存器和第二锁存器中，同时滤波放大处理单元停止工作，之后无论环境光线如何变化都不会影响第一锁存器和第二锁存器中的信号，直到断电和下一次的重新上电。第一反相器/I2,第一与门/NA2/NA3对锁存器1/2解码后,V41＝0，V42＝0，V43＝高。V51和V53保持为0，V55从0转变成高，同时第三开关导通，VREF3＝VREF23，LED灯泡开始正常工作，不影响人们正常使用。

图5、图6为4档位LED灯控制电路以及环境光线较暗时(第1档位)，LED灯泡控制时序。与3档位LED灯控制电路相比，可分辨更精细的环境光线，以及在较暗的环境光线下，LED灯泡点亮时光线变化的会更加柔和。

4档位LED灯控制电路增加部分包含，第一参考电压增加一第一参考电压3，第三参考电压与V1通过第三比较器比较；比较后的信号存在第五锁存器中；译码电路增加第三反相器和第三与门；第三延迟单元用于延迟译码后的信号，并存在第六锁存器中；参考电路VREF2增加一第二参考电压4，LED灯泡正常工作时，K4导通，K1，第二开关，第三开关关闭。

图7、图8为5档位LED灯控制电路以及环境光线较暗时(第1档位)，LED灯泡控制时序。与4档位LED灯控制电路相比，5档位LED灯控制电路增加部分包含，第一参考电压增加一第四参考电压，VREF14与V1通过第四比较器比较；比较后的信号存在第七锁存器中；译码电路增加反相器I4和与门NA5；延迟单元4用于延迟译码后的信号，并存在第八锁存器中；参考电路VREF2增加一第二参考电压5，LED灯泡正常工作时，K5导通，K1，第二开关，第三开关，K4关闭。

以上对本发明所提供的一种亮度可调节的LED灯控制电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的结构及工作原理进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护的范围内。