智能燈光控制系統(tǒng)PWM調(diào)光平滑性優(yōu)化

艾炎

（廣州大學(xué)華軟軟件學(xué)院，廣東 廣州 510990）

智能燈光控制系統(tǒng)PWM調(diào)光平滑性優(yōu)化

艾炎

（廣州大學(xué)華軟軟件學(xué)院，廣東 廣州 510990）

文章通過探討調(diào)光位數(shù)及曲線對調(diào)光調(diào)色實(shí)際效果的影響，來分析這個(gè)問題產(chǎn)生的原理，也提出了現(xiàn)在行業(yè)的一些新動向，如調(diào)光位數(shù)的優(yōu)化，增加位數(shù)來提高pwm的范圍，最終將調(diào)光的灰度值進(jìn)一步細(xì)化，使調(diào)光更平滑，提出了多種不同調(diào)光曲線對人的觀感影響及解決方案。

智能控制系統(tǒng)；PWM調(diào)光；LED亮度

LED亮度與電流呈現(xiàn)出來的是一種非線性關(guān)系，因?yàn)長ED在高亮度時(shí)亮度隨著電流變化的幅度會更大一些，所以就需要人為補(bǔ)充一下，這就是所說的調(diào)光曲線的優(yōu)化，通過在某些調(diào)光段采用補(bǔ)償?shù)姆绞剑炼群碗娐烦尸F(xiàn)出線性的變化，給人以更優(yōu)秀的體驗(yàn)。

1 調(diào)光位數(shù)優(yōu)化

脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種用于將模擬信號轉(zhuǎn)換成一個(gè)脈沖信號的編碼技術(shù)。雖然這種調(diào)制技術(shù)可以用來編碼信息傳播，它的主要用途是使電力供應(yīng)中控制電氣設(shè)備，特別是汽車等慣性負(fù)載。此外，PWM使用的兩個(gè)主要功能，光伏太陽能電池充電器，另外一個(gè)是MPPT。電壓的平均價(jià)值給負(fù)載是由供應(yīng)和負(fù)載之間快速的開關(guān)打開和關(guān)閉。開關(guān)的時(shí)間越長，提供給負(fù)載總功率越高。

PWM開關(guān)頻率要遠(yuǎn)高于什么會影響負(fù)載（設(shè)備使用電源），也就是說，被負(fù)載的合成波形必須盡可能地平滑。在一盞燈調(diào)光器，從幾千赫到幾十千赫馬達(dá)驅(qū)動，在數(shù)十或數(shù)百千赫的音頻放大器和計(jì)算機(jī)電源。PWM的頻率非常高，所以它的開關(guān)損耗非常之低。運(yùn)行關(guān)閉時(shí)，基本沒有任何電流在電路中，所以電壓電流之乘積幾乎就是0，沒有任何損耗。與數(shù)字控制PWM也工作得很好，因?yàn)樗麄兊拈_/關(guān)性質(zhì)，可以很容易地設(shè)置所需的工作周期。如果考慮一個(gè)脈沖波形f（t），以T、低價(jià)值ymin、高價(jià)值和一個(gè)工作周期D，平均價(jià)值的波形：

作為f（t）是一個(gè)脈沖波，它的價(jià)值是0＜t＜D·T和ymin為D·T＜t＜T。上面的表達(dá)式就變成了：

最簡單的方法來產(chǎn)生PWM信號是intersective方法，只需要一個(gè)鋸齒波或者一個(gè)三角形使用一個(gè)簡單的波形（容易生成振蕩器）和一個(gè)比較器。現(xiàn)在的PWM調(diào)光采用8位調(diào)光，計(jì)算起來就是2的8次方等于256階調(diào)光，就相當(dāng)將最亮和關(guān)閉中間的亮度分成256個(gè)級別，所以如將調(diào)光的位數(shù)增加到16位的話，3的16次方等于65536階調(diào)光，這樣的話調(diào)光的0～100就被分為更多的等級，燈光調(diào)節(jié)起來就更加平滑了，不會出現(xiàn)亮度跳變的問題，曲線的調(diào)節(jié)補(bǔ)償也將更加圓滑。

2 調(diào)光曲線優(yōu)化

為了解決用戶的不同需求，設(shè)計(jì)以下這幾種調(diào)光曲線：線性、平方、S-曲線1、開平方等曲線，并且不同的曲線給出來的效果也是有很大的不同的，市面上比較常見也是最常規(guī)的就是線性的調(diào)光曲線。

圖1 線性調(diào)光曲線

如圖1所示的線性調(diào)光曲線所示，X軸代表著PWM的級數(shù)，Y軸代表輸出，由圖1可以看出X軸和Y軸的變化呈現(xiàn)出一條曲線，所以隨著X軸的變化，Y軸等比例變化，這樣有一個(gè)好處就是變化等比例，但是LED存在著一個(gè)很大的問題，就是在調(diào)光越往后，會出現(xiàn)亮度變化越快的問題，所以會導(dǎo)致前方變化緩慢，后面出現(xiàn)跳變，會給人一種閃光的感覺。所以為了解決線性調(diào)光曲線出現(xiàn)的問題，就出現(xiàn)了平方調(diào)光曲線，平方曲線就是在開始和后階段PWM的調(diào)節(jié)與亮度的變化不成正比，前階段采用放緩燈光亮度的變化，但是到了后部分時(shí)，燈光亮度變化就加快，這樣就能在一定的程度克服前文所述燈光在PWM數(shù)值較大時(shí)亮度變化過快的問題，減少燈光閃爍。平方調(diào)光曲線圖如圖2所示。

圖2 平方調(diào)光曲線

為了適應(yīng)各種不同客戶的需要，可以做一個(gè)S型曲線調(diào)光曲線，這個(gè)曲線能極大地改善調(diào)光的平滑性，就是在前部分和后部分，減緩亮度隨PWM值變換的速度，中間部分采用加快其速度的做法，使整個(gè)調(diào)光過程前后部的變化速率都極大的相似。S型調(diào)光曲線如圖3所示，同樣的，也做了開根號調(diào)光曲線，也為了達(dá)到S型調(diào)光曲線相同的效果，如圖4所示。

圖3 S型調(diào)光曲線（左）

圖4 開根號調(diào)光曲線（右）

調(diào)光曲線的優(yōu)化其實(shí)沒有優(yōu)劣之分，因?yàn)槊總€(gè)人的感官都千差萬變，如黑色人種跟喜歡高色溫變化快速的調(diào)光曲線，但白色人種則喜歡慢慢地、優(yōu)雅的變化的調(diào)光曲線，沒有所謂的好與壞，只有適合與否。所以可以根據(jù)最常規(guī)的感官做了幾種調(diào)光曲線，內(nèi)置在驅(qū)動中，供客戶調(diào)用，就能營造出更合適的燈光環(huán)境。

Intelligent Lighting Control System PWM Dimm ing Smoothing Optim ization

AI Yan
（College of Software，Guangzhou University，Guangzhou，Guangdong 510990，China）

Thispaperanalyzestheinfluenceofthenumberofdimmingand theeffectofthecurveon theactualeffectofdimming and toning toanalyze theprincipleof thisproblem，and alsoputs forward somenew trendsin the industry，such as theoptimization of thenumberoftunedbits.Toimprove thescopeofpwm，the finaldimmingofthegrayvalueshould be further refined tomakedimming moresmooth，sothepaperputs forwardavarietyofdifferentdimmingcurveon thehumanperceptionand solutions.

intelligentcontrolsystem；PWM dimming；LED brightness

TP273

A

2095-980X（2017）05-0114-02

2017-03-23

艾炎，主要研究方向：智能系統(tǒng)。