阅读说明：本技术 误差最小化的led阵列系统 (Error-minimized LED array system ) 是由 陈怡� 郑利君 杜树旺 谢路耀 周丹 于 2020-04-03 设计创作，主要内容包括：一种误差最小化的LED阵列系统,包括LED阵列驱动电路、开关阵列、LED阵列和控制器,所述控制器包括标准库存储器、误差矢量幅度计算器、最小值存储器、译码器和缓冲器。在保持现有驱动电流固定的LED阵列系统简单性优点的基础上,通过接入和接出LED颗粒来完成LED阵列的合理布局,以误差最小为判断依据实现LED阵列的最优布局。为适应用户多样化的颜色和照度需求,本发明可灵活采用不同的误差计算公式。(An error-minimized LED array system includes an LED array driving circuit, a switch array, an LED array, and a controller including a criteria bank memory, an error vector magnitude calculator, a minimum value memory, a decoder, and a buffer. On the basis of keeping the advantages of simplicity and simplicity of an existing LED array system with fixed driving current, reasonable layout of the LED array is completed by connecting in and out LED particles, and optimal layout of the LED array is achieved by taking minimum error as a judgment basis. In order to adapt to diversified color and illumination requirements of users, the invention can flexibly adopt different error calculation formulas.)

误差最小化的LED阵列系统

技术领域

本发明涉及一种LED阵列系统，尤其是一种颜色和照度均可调的LED阵列系统。

背景技术

当LED阵列系统用于混光照明时，其应用可涵盖居家环境、工业厂房、商业卖场、种植养殖以及园林景观等场合。

通常地，混光照明用的LED阵列由数串色彩丰富的LED颗粒组成。当LED阵列驱动电流固定时，调整接入LED阵列的LED颗粒布局可实现颜色和照度均可调。但是，这种可调节的颜色和照度具有离散的特性。假设某一驱动电流固定的LED阵列由m个LED串组成而且每个LED串均由n个LED颗粒串联而成，那么该LED阵列可精准提供的颜色和照度变化可能性至多只有种。而用户对颜色和照度的变化需求往往超出上述LED阵列所能提供的精准变化区间。简而言之，离散的颜色和照度特性与相对连续的颜色和照度需求之间必然存在着误差。为了尽可能地与用户需求匹配，就需要LED阵列系统能实现误差最小化。

发明内容

为克服现有驱动电流固定的LED阵列系统具有离散颜色和照度特性的不足，使之尽可能地与相对连续的颜色和照度需求匹配，本发明提供一种误差最小化的LED阵列系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种误差最小化的LED阵列系统，包括LED阵列驱动电路、开关阵列、LED阵列和控制器，

所述LED阵列驱动电路包括受控电流源i1至im，m为正整数，

所述开关阵列包括开关Sj_1至Sj_nj，nj为正整数，j的取值范围为1至m，

所述LED阵列包括m个LED串，第j个LED串包括串联的nj个LED颗粒，即LED颗粒LEDj_1至LEDj_nj串联，

开关阵列位于LED阵列驱动电路和LED阵列之间，开关Sj_1至Sj_nj的开关状态决定着第j个LED串接入LED阵列的状态，第j个LED串接入LED阵列的状态包括nj+1个状态，即Nj个LED颗粒接入，Nj的取值范围为0至nj，未接入LED阵列的LED颗粒被开关阵列屏蔽，受控电流源ij为接入LED阵列的第j个LED串提供驱动电流，

所述控制器包括标准库存储器、误差矢量幅度计算器、最小值存储器、译码器和缓冲器，

所述控制器具有4个输入端口，分别接收红色需求信息R、绿色需求信息G、蓝色需求信息B和照度需求信息Lux，R的取值范围为0至255，G的取值范围为0至255，B的取值范围为0至255，Lux的取值范围为0至MAXLux，MAXLux为所述LED阵列系统能提供的最大照度，

所述控制器具有m组输出端口，第j组输出端口分别对应开关控制信号Cj_1至Cj_nj，Cj_1至Cj_nj的值决定了开关Sj_1至Sj_nj的开关状态，

所述标准库存储器存储了组数据，每组数据包括第j个LED串接入LED阵列的LED颗粒数Nj以及与Nj对应的所述LED阵列系统的红色输出值Rs、绿色输出值Gs、蓝色输出值Bs和照度输出值Luxs，所述组数据均来自于实验，

所述误差矢量幅度计算器根据误差计算公式，提取标准库存储器中的数据Rs、Gs、Bs和Luxs，计算出与需求信息R、G、B和Lux之间的误差E，

所述最小值存储器存储误差E的最小值Emin以及与Emin对应的第j个LED串接入LED阵列的LED颗粒数Nj，令其为Nj_min，

所述译码器将与Emin对应的Nj_min转换成最小误差控制信号Bj_1_min至Bj_nj_min，

所述缓冲器将最小误差控制信号Bj_1_min至Bj_nj_min转换成开关控制信号Cj_1至Cj_nj。

进一步，关于控制器的第一种优选方案，所述误差计算公式为此方案可实现颜色及照度加权误差的最小化。

关于控制器的第二种优选方案，所述误差计算公式为所述最小值存储器还存储与Emin对应的所述LED阵列系统的照度输出值Luxs，令其为Luxs_min，所述控制器还包括可控电流源控制单元和端口Cij，所述可控电流源控制单元通过端口Cij对可控电流源ij的电流值或占空比进行调节，当Lux/Luxs_min>1时，可控电流源控制单元调节可控电流源ij使其电流值或占空比变大；当Lux/Luxs_min<1时，可控电流源控制单元调节可控电流源ij使其电流值或占空比变小。此方案可实现颜色误差的最小化，同时通过调节ij可实现照度的连续变化。

进一步，所述标准库存储器中的组数据是有序存储的，可按或的大小进行升序或降序存储。此方案可提高求取Emin的速度。

再进一步，所述缓冲器按时序逐步进行信号转换，令和当VCj>VBj_min时，每个时序改变一次Cj_1至Cj_nj的值令VCj递减直至VCj＝VBj_min；当VCj<VBj_min时，每个时序改变一次Cj_1至Cj_nj的值令VCj递增直至VCj＝VBj_min。此方案可保证LED阵列的实际组成是平缓变化的，能提高用户的舒适度。

更进一步，关于所述开关阵列的一种优选方案，LEDj_1的阳极与受控电流源ij的正端相连，LEDj_nj的阴极与受控电流源ij的负端相连，所述开关Sj_k的第一端口与LEDj_k的阳极相连，开关Sj_k的第二端口与LEDj_nj的阴极相连，开关Sj_k的控制端口接收开关控制信号Cj_k，k的取值范围1至nj。

此外，所述可控电流源ij可优先采用输出电流连续的电力电子变换器，如Buck变换器和Superbuck变换器。

所述控制器采用FPGA或DSP实现。

本发明的技术构思为：针对现有驱动电流固定的LED阵列系统存在颜色和照度离散特性的问题，提出采用误差最小化策略解决其与颜色和照度连续需求之间的矛盾。基于误差最小化策略，可采用不同的误差计算公式来满足用户的多样化需求。

本发明的有益效果主要表现在：在保持现有驱动电流固定的LED阵列系统简单性优点的基础上，通过接入和接出LED颗粒来完成LED阵列的合理布局，以误差最小为判断依据实现LED阵列的最优布局；为适应用户多样化的颜色和照度需求，可灵活采用不同的误差计算公式。

附图说明

图1是本发明实施例1的电路框图。

图2是本发明实施例2的电路框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例1

参考图1，一种误差最小化的LED阵列系统，包括LED阵列驱动电路、开关阵列、LED阵列和控制器。所述LED阵列驱动电路包括受控电流源i1至im，m为正整数；所述开关阵列包括开关Sj_1至Sj_nj，nj为正整数，j的取值范围为1至m，所述开关Sj_k的第一端口与LEDj_k的阳极相连，开关Sj_k的第二端口与LEDj_nj的阴极相连，开关Sj_k的控制端口接收开关控制信号Cj_k，k的取值范围1至nj；所述LED阵列包括m个LED串，第j个LED串包括串联的nj个LED颗粒，即LED颗粒LEDj_1至LEDj_nj串联，LEDj_1的阳极与受控电流源ij的正端相连，LEDj_nj的阴极与受控电流源ij的负端相连。

开关阵列位于LED阵列驱动电路和LED阵列之间，开关Sj_1至Sj_nj的开关状态决定着第j个LED串接入LED阵列的状态，第j个LED串接入LED阵列的状态包括nj+1个状态，即Nj个LED颗粒接入，Nj的取值范围为0至nj，未接入LED阵列的LED颗粒被开关阵列屏蔽，受控电流源ij为接入LED阵列的第j个LED串提供驱动电流。

所述控制器包括标准库存储器、误差矢量幅度计算器、最小值存储器、译码器和缓冲器。所述控制器具有4个输入端口，分别接收红色需求信息R、绿色需求信息G、蓝色需求信息B和照度需求信息Lux，R的取值范围为0至255，G的取值范围为0至255，B的取值范围为0至255，Lux的取值范围为0至MAXLux，MAXLux为所述LED阵列系统能提供的最大照度。所述控制器具有m组输出端口，第j组输出端口分别对应开关控制信号Cj_1至Cj_nj，Cj_1至Cj_nj的值决定了开关Sj_1至Sj_nj的开关状态。

所述标准库存储器存储了组数据，每组数据包括第j个LED串接入LED阵列的LED颗粒数Nj以及与Nj对应的所述LED阵列系统的红色输出值Rs、绿色输出值Gs、蓝色输出值Bs和照度输出值Luxs，所述组数据是有序存储的，按的大小进行升序存储，所述组数据均来自于实验。

所述误差矢量幅度计算器根据误差计算公式提取标准库存储器中的数据Rs、Gs、Bs和Luxs，计算出与需求信息R、G、B和Lux之间的误差E；所述最小值存储器存储误差E的最小值Emin以及与Emin对应的第j个LED串接入LED阵列的LED颗粒数Nj，令其为Nj_min；所述译码器将与Emin对应的Nj_min转换成最小误差控制信号Bj_1_min至Bj_nj_min；所述缓冲器将最小误差控制信号Bj_1_min至Bj_nj_min转换成开关控制信号Cj_1至Cj_nj，令和当VCj>VBj_min时，每个时序改变一次Cj_1至Cj_nj的值令VCj递减直至VCj＝VBj_min；当VCj<VBj_min时，每个时序改变一次Cj_1至Cj_nj的值令VCj递增直至VCj＝VBj_min。

所述控制器可采用FPGA或DSP(如：TMS320F28335)来实现。

实施例1可实现颜色及照度加权误差的最小化、快速地求取Emin和LED阵列实际组成的平缓变化。

以一规模为3×6的LED阵列系统为例，对实施例1做进一步说明。该LED阵列系统的信息如下：m＝3，j的取值范围为1至3，n1＝n2＝n3＝6，i1＝i2＝i3，第1组LED串由红色LED颗粒串联组成，第2组LED串由绿色LED颗粒组成，第3组LED串由蓝色LED颗粒组成，开关S1_1至S1_6、S2_1至S2_6和S3_1至S3_6均选用MOSFET(如：IRF540)，标准库存储器存储了343组升序的实验数据，误差矢量幅度计算器仅提取标准库存储器中满足(ε>0)的数据计算误差E，译码器的真值表满足表1：

表1

假设某一时刻，Cj_1＝0，Cj_2＝0，Cj_3＝1，Cj_4＝1，Cj_5＝1，Cj_6＝1(相当于第j个LED串现有2个LED颗粒接入LED阵列)而Bj_1_min＝0，Bj_2_min＝0，Bj_3_min＝0，Bj_4_min＝0，Bj_5_min＝1，Bj_6_min＝1(相当于第j个LED串需要有4个LED颗粒接入LED阵列)，满足VCj>VBj_min。因此，在后续的第一个时序里，缓冲器输出Cj_1＝0，Cj_2＝0，Cj_3＝0，Cj_4＝1，Cj_5＝1，Cj_6＝1；在后续的第二个时序里，缓冲器输出Cj_1＝0，Cj_2＝0，Cj_3＝0，Cj_4＝0，Cj_5＝1，Cj_6＝1，实现VCj＝VBj_min。

实施例2

参考图2，一种误差最小化的LED阵列系统包括LED阵列驱动电路、开关阵列、LED阵列和控制器。

所述控制器包括标准库存储器、误差矢量幅度计算器、最小值存储器、译码器和缓冲器，还包括可控电流源控制单元和端口Cij。所述控制器采用的误差计算公式为所述最小值存储器不但存储Emin以及与Emin对应的第j个LED串接入LED阵列的LED颗粒数Nj(令其为Nj_min)而且还存储与Emin对应的所述LED阵列系统的照度输出值Luxs(令其为Luxs_min)。所述可控电流源控制单元通过端口Cij对可控电流源ij的电流值或占空比进行调节，当Lux/Luxs_min>1时，可控电流源控制单元调节可控电流源ij使其电流值或占空比变大；当Lux/Luxs_min<1时，可控电流源控制单元调节可控电流源ij使其电流值或占空比变小。所述标准库存储器中的组数据是有序存储的，按的大小进行降序存储。

实施例2的其余部分与实施例1相同，相同部分的工作机理也相近。

实施例2可实现颜色误差的最小化、快速地求取Emin、LED阵列实际组成的平缓变化以及照度的连续变化。

以一规模为3×6的LED阵列系统为例，对实施例2做进一步说明。该LED阵列系统的信息如下：m＝3，j的取值范围为1至3，n1＝n2＝n3＝6，i1＝i2＝i3，第1组LED串由红色LED颗粒串联组成，第2组LED串由绿色LED颗粒组成，第3组LED串由蓝色LED颗粒组成，开关S1_1至S1_6、S2_1至S2_6和S3_1至S3_6均选用BJT(如：MPS2222A)，标准库存储器存储了343组降序的实验数据，误差矢量幅度计算器仅提取标准库存储器中满足的数据计算误差E，译码器的真值表满足表2：

Nj_min	Bj_1_min	Bj_2_min	Bj_3_min	Bj_4_min	Bj_5_min	Bj_6_min
							0	1	1	1	1	1	1
1	0	1	1	1	1	1
							2	0	0	1	1	1	1
3	0	0	0	1	1	1
							4	0	0	0	0	1	1
5	0	0	0	0	0	1
							6	0	0	0	0	0	0

表2

假设某一时刻，Cj_1＝0，Cj_2＝0，Cj_3＝0，Cj_4＝0，Cj_5＝1，Cj_6＝1(相当于第j个LED串现有4个LED颗粒接入LED阵列)而Bj_1_min＝0，Bj_2_min＝0，Bj_3_min＝1，Bj_4_min＝1，Bj_5_min＝1，Bj_6_min＝1(相当于第j个LED串需要有2个LED颗粒接入LED阵列)，满足VCj<VBj_min。因此，在后续的第一个时序里，缓冲器输出Cj_1＝0，Cj_2＝0，Cj_3＝0，Cj_4＝1，Cj_5＝1，Cj_6＝1；在后续的第二个时序里，缓冲器输出Cj_1＝0，Cj_2＝0，Cj_3＝1，Cj_4＝1，Cj_5＝1，Cj_6＝1，实现VCj＝VBj_min。

再假设某一时刻，可控电流源的电流ij＝ij0或者ij的占空比D＝D0而且Lux/Luxs_min≠1。那么，在后续时刻里可控电流源控制单元调节可控电流源使其满足ij＝ij0×Lux/Luxs_min或者D＝D0×Lux/Luxs_min。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。