智能灯光控制系统PWM调光平滑性优化

艾炎

（广州大学华软软件学院，广东 广州 510990）

智能灯光控制系统PWM调光平滑性优化

艾炎

（广州大学华软软件学院，广东 广州 510990）

文章通过探讨调光位数及曲线对调光调色实际效果的影响，来分析这个问题产生的原理，也提出了现在行业的一些新动向，如调光位数的优化，增加位数来提高pwm的范围，最终将调光的灰度值进一步细化，使调光更平滑，提出了多种不同调光曲线对人的观感影响及解决方案。

智能控制系统；PWM调光；LED亮度

LED亮度与电流呈现出来的是一种非线性关系，因为LED在高亮度时亮度随着电流变化的幅度会更大一些，所以就需要人为补充一下，这就是所说的调光曲线的优化，通过在某些调光段采用补偿的方式，亮度和电路呈现出线性的变化，给人以更优秀的体验。

1 调光位数优化

脉冲宽度调制（PWM）是一种用于将模拟信号转换成一个脉冲信号的编码技术。虽然这种调制技术可以用来编码信息传播，它的主要用途是使电力供应中控制电气设备，特别是汽车等惯性负载。此外，PWM使用的两个主要功能，光伏太阳能电池充电器，另外一个是MPPT。电压的平均价值给负载是由供应和负载之间快速的开关打开和关闭。开关的时间越长，提供给负载总功率越高。

PWM开关频率要远高于什么会影响负载（设备使用电源），也就是说，被负载的合成波形必须尽可能地平滑。在一盏灯调光器，从几千赫到几十千赫马达驱动，在数十或数百千赫的音频放大器和计算机电源。PWM的频率非常高，所以它的开关损耗非常之低。运行关闭时，基本没有任何电流在电路中，所以电压电流之乘积几乎就是0，没有任何损耗。与数字控制PWM也工作得很好，因为他们的开/关性质，可以很容易地设置所需的工作周期。如果考虑一个脉冲波形f（t），以T、低价值ymin、高价值和一个工作周期D，平均价值的波形：

作为f（t）是一个脉冲波，它的价值是0＜t＜D·T和ymin为D·T＜t＜T。上面的表达式就变成了：

最简单的方法来产生PWM信号是intersective方法，只需要一个锯齿波或者一个三角形使用一个简单的波形（容易生成振荡器）和一个比较器。现在的PWM调光采用8位调光，计算起来就是2的8次方等于256阶调光，就相当将最亮和关闭中间的亮度分成256个级别，所以如将调光的位数增加到16位的话，3的16次方等于65536阶调光，这样的话调光的0～100就被分为更多的等级，灯光调节起来就更加平滑了，不会出现亮度跳变的问题，曲线的调节补偿也将更加圆滑。

2 调光曲线优化

为了解决用户的不同需求，设计以下这几种调光曲线：线性、平方、S-曲线1、开平方等曲线，并且不同的曲线给出来的效果也是有很大的不同的，市面上比较常见也是最常规的就是线性的调光曲线。

图1 线性调光曲线

如图1所示的线性调光曲线所示，X轴代表着PWM的级数，Y轴代表输出，由图1可以看出X轴和Y轴的变化呈现出一条曲线，所以随着X轴的变化，Y轴等比例变化，这样有一个好处就是变化等比例，但是LED存在着一个很大的问题，就是在调光越往后，会出现亮度变化越快的问题，所以会导致前方变化缓慢，后面出现跳变，会给人一种闪光的感觉。所以为了解决线性调光曲线出现的问题，就出现了平方调光曲线，平方曲线就是在开始和后阶段PWM的调节与亮度的变化不成正比，前阶段采用放缓灯光亮度的变化，但是到了后部分时，灯光亮度变化就加快，这样就能在一定的程度克服前文所述灯光在PWM数值较大时亮度变化过快的问题，减少灯光闪烁。平方调光曲线图如图2所示。

图2 平方调光曲线

为了适应各种不同客户的需要，可以做一个S型曲线调光曲线，这个曲线能极大地改善调光的平滑性，就是在前部分和后部分，减缓亮度随PWM值变换的速度，中间部分采用加快其速度的做法，使整个调光过程前后部的变化速率都极大的相似。S型调光曲线如图3所示，同样的，也做了开根号调光曲线，也为了达到S型调光曲线相同的效果，如图4所示。

图3 S型调光曲线（左）

图4 开根号调光曲线（右）

调光曲线的优化其实没有优劣之分，因为每个人的感官都千差万变，如黑色人种跟喜欢高色温变化快速的调光曲线，但白色人种则喜欢慢慢地、优雅的变化的调光曲线，没有所谓的好与坏，只有适合与否。所以可以根据最常规的感官做了几种调光曲线，内置在驱动中，供客户调用，就能营造出更合适的灯光环境。

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：智能系统。