高刷新率调光灯控制方法与流程

1.本发明涉及灯光控制技术领域，特别涉及一种高刷新率调光灯控制方法。


背景技术：

2.直播在互联网迭代中崛起，已变成一种商业模式和新的娱乐方式。在直播过程中，灯光是影响直播观赏性的一个重要因素。然而在五彩缤纷灯光氛围的直播环境中，拍摄效果总是不佳。原因是现有的调光调色灯具，用通过pwm(脉冲宽度调制,pulse-width modulation）来进行调光调色，通过这种方式进行调制，灯具会以一定的频率快速亮灭，即灯具存在一定频率的刷新率，虽然灯具快速亮灭的状态一般是无法通过肉眼观察到的，但摄像机在一定的曝光频率下是可以捕捉到灯具的快速亮灭的，因此就会出现画面闪烁的问题。
3.因此，从理论上讲，提高灯具pwm的频率（刷新率）能解决上述问题。但是现有的技术系统以及硬件性能有限，导致不足以支撑过高频率的刷新，一旦提高灯具的刷新率，反而产生了肉眼可见的闪烁问题。
4.如附图1所示，附图1为现有灯具pwm控制示意图，其中包括灯具、恒流装置、pwm控制器，恒流装置内含有电感器（l），当pwm频率大于10khz时，通常会产生了肉眼可见的闪烁问题。
5.肉眼可见的闪烁问题的成因如下：参见附图2，pwm控制器在0时刻发出第1个pwm（见图2中t1时段），此时恒流装置中的电感器l在零状态下充电，稳定地升到设定的峰值电流后，电流保持在平稳状态（图中的t
on
时段）；当在t
off
时段关断，此时电感器l放电；因为pwm频率高，t
off
时段极短（小于0.01毫秒），此时电感器l还没来得及放完电，第2个pwm（见图中的t2时段）又来了，此时电感在非零状态下充电，导致环路不稳定，电流抖动较大（图中t
bad
时段），如此反复，在第n个pwm同样会存在t
bad
时段内电流不稳定。因此，产生了肉眼可见的闪烁问题。
6.因此，在现有技术下，仅仅简单地提高灯具的刷新率，这样非但无法解决拍摄画面闪烁的问题，还会产生更加糟糕的副作用，即产生肉眼可见的闪烁问题。
7.因此亟需提供一种在提高灯具刷新率的同时避免产生肉眼可见的闪烁问题的调光灯控制方法。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种高刷新率调光灯控制方法，在提高灯具刷新率的同时，避免产生产生肉眼可见的闪烁问题。
9.本发明的目的是通过如下技术方案实现的：高刷新率调光灯控制方法，包括恒流装置、光源、pwm控制器、吸能装置，恒流装置的一端连接输入端，恒流装置的另一端同时连接光源和吸能装置，吸能装置和光源同时与接地端相连，在吸能装置和恒流装置之间设置第一电子开关，pwm控制器同时控制恒流装置和第一电子开关；
第一电子开关和恒流装置的工作状态互为反相。
10.作为优选，在恒流装置和吸能装置之间设置阻尼装置。
11.作为优选，阻尼装置为磁珠，磁珠的参数选择方法如下：s1：用示波器测量光源在关闭时段t
off
内震荡电流的频率f
cz
;s2：用中心频率均为f
cz
但具有不同阻抗的多个磁珠，按阻抗从小到大的顺序分别逐个装在电路中调试，当示波器中观察到光源在恒流装置的关闭时段t
off
内震荡电流峰值低于设定峰值时，此时对应的磁珠阻抗值为最佳阻抗值z
cz，
把中心频率均为f
cz、
阻抗值为z
cz
的磁珠作为阻尼装置并连接到电路中。
12.作为优选，在恒流装置和光源之间设置第二电子开关，第二电子开关由pwm控制器进行控制，第二电子开关与恒流装置的工作状态互为同相。
13.作为优选，恒流装置内的电路拓扑结构选用buck拓扑、boost拓扑、buck-boost拓扑中的一种。
14.作为优选，所述第一电子开关为继电器或者mosfet晶体管，所述第二电子开关为继电器或者mosfet晶体管。
15.作为优选，光源为led光源。
16.作为优选，所述吸能装置为阻性负载，吸能装置的阻值为r，吸能装置的阻值r的计算方法如下：；其中，i是恒流装置的输出电流,u
led_th
是光源的门槛电压，l为恒流装置内电路拓扑结构的电感值，f为pwm控制器的信号脉冲频率；当时，吸能装置实现最佳吸能效果；在恒流装置和光源之间设置有第二电子开关时，吸能装置的阻值r的计算方法如下：；其中，v
in
为输入端的输入电压；当时，吸能装置实现最佳吸能效果；作为优选，其特征在于，所述吸能装置的额定功率p的计算方法如下：。
17.作为优选，pwm控制器接收用户输入的调光刷新率和调光混色占空比d，以用户输入的调光刷新率作为pwm控制器的信号脉冲频率f，对恒流装置的开启时段t
on
以及关闭时段t
off
进行控制，控制方法如下：
；其中，0 ≤ d ≤ 1。
18.本发明的有益效果是：1、本发明通过增加吸能模块以及第一电子开关并实现对调光灯的高刷新率控制，吸能模块的阻值与系统参数（恒流装置的电感、pwm控制器的信号脉冲频率f等）相关联，通过系统参数即可精准选用相应阻值大小的吸能装置（阻性负载），通过精准选用相应阻值的吸能装置，准确快速吸收每个周期内恒流源残余能量使得电流平稳，控制方式巧妙，解决了高刷洗率灯具pwm关闭时段t
off
内因放电不彻底而导致电流不平稳并产生闪烁问题，取得了高刷新率调光调色灯具的良好效果，实现了直播时代对高刷新率灯具的需求。
19.2、通过设置第二电子开关，在恒流装置的放电过程中阻止电流流向光源，解决了灯具pwm关断时间内因存在放电过程而导致每个周期的残余电流流向光源进而产生余晖和拖影的问题，取得了高精度电流控制、高精度调光混色的技术效果，让摄像机拍摄到的灯具效果更逼真、更自然。
附图说明
20.图1为现有灯具pwm控制示意图。
21.图2为现有技术中灯具电流与pwm电压之间的关系示意图。
22.图3为本发明实施例1中灯具pwm控制示意图。
23.图4为本发明实施例1中第一电子开关与恒流装置的工作时序示意图。
24.图5为本发明实施例1中在未设置阻尼装置时产生震荡电流的示意图。
25.图6为本发明实施例2中灯具pwm控制示意图。
26.图7为本发明实施例2中第一电子开关、第二电子开关与恒流装置的工作时序示意图。
27.图8为本发明实施例2中灯具电流与pwm电压之间的关系示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底
”ꢀ“
内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
30.可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，
一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
31.实施例1：如图3-图5所示，一种高刷新率调光灯控制方法，包括恒流装置、光源、pwm控制器。恒流装置的一端连接输入端，恒流装置的另一端同时连接光源和吸能装置，吸能装置和光源同时与接地端相连，吸能装置和恒流装置之间设置第一电子开关。pwm控制器同时控制恒流装置和第一电子开关。
32.本实施例中，恒流装置内的电路拓扑结构选用buck拓扑、boost拓扑、buck-boost拓扑中的一种，其内部包含电感器，恒流装置的电感值为l。
33.第一电子开关为继电器或者mosfet晶体管。
34.恒流装置和第一电子开关的工作时序受pwm控制器的调控，通过pwm控制器使第一电子开关和恒流装置的工作状态互为反相。
35.如图4所示，在一个脉冲中，恒流装置包括一个开启时段t
on
和一个关闭时段t
off
；同样的，在一个脉冲中，第一电子开关也包括一个开启时段t
on
和一个关闭时段t
off
，恒流装置的开启时段t
on
与第一电子开关的关闭时段t
off
相对应，恒流装置的关闭时段t
off
与第一电子开关的开启时段t
on
相对应。
36.光源为led光源，光源可以由一个led发光体组成，也可以由多个led发光体以并联、串联或者串并联的方式组成led发光阵列。
37.吸能装置为阻性负载，吸能装置是通过其自身的电阻对电能进行消耗，其作用是在恒流装置极短的关闭时段t
off
内，精准而快速地吸收干净恒流装置内电感的残余能量。
38.由于本控制方法中，在电路中加入了阻性负载，同时由于恒流装置内电感的存在，因此恒流装置与阻性负载实质上构成了一个lr电路。定义吸能装置的阻值为r，恒流装置的电感值为l，根据根据lr电路特性,其放电时间常数τ由以下公式计算：；电感放电电流方程为：；其中，i是恒流装置的输出电流。
39.根据均方根值定义:在一个脉冲周期t内对信号波形i(t)或u(t)的平方求平均值再进行开方的结果，计算求得电感放电电流的均方根值i
rms
为：；由于放电电阻两端电压的有效值u
rms
不能大于光源的门槛电压u
led_th
,否则此时会有部分电流流向了光源（led光源），从而产生余晖和拖影，这样会使灯光效果大打折扣，故得出下式：；其中，光源的门槛电压u
led_th
是指光源（led光源）开始微发亮时的电压。
40.并结合pwm控制器的信号脉冲频率f与脉冲周期t互为倒数，即f=1/t，代入上式(4)并化简得：；在灯光调制技术应用中，代入相应的参数后，为无穷小，故该项取值为0，从而得出下式：；进一步得到：。
41.其中，i是恒流装置的输出电流,u
led_th
是光源的门槛电压，l为恒流装置内电路拓扑结构的电感值，f为pwm控制器的信号脉冲频率。
42.综上所述，吸能装置的阻值r对调光效果的影响如下：在的前提下，阻值r越小，吸能装置（阻性负载）的电阻功率越小，放电时间越长，去闪烁效果越差；电阻r越大，吸能装置（阻性负载）的电阻功率越大，放电时间越短，去闪烁效果效果越好；当时，阻性负载为允许范围内的最大值，此时阻性负载的电阻消耗功率达到最大，能够在最短时间内将恒流装置的残余能力吸收干净，吸能装置实现最佳吸能效果。在吸能装置选用该阻值时，吸能装置能够准确快速吸收每个周期内恒流源残余能量，在恒流装置的关闭时段t
off
内将恒流装置的残余能量吸收干净，从而避免恒流装置的残余电流流在关闭时段t
off
内流向光源导而导致光源电流产生大幅波动。
43.如果吸能装置（阻性负载）的阻值r过大，即r大于时，此时会导致两端电压变高到led门槛电压u
led_th
,从而会有部分电流流向了光源，产生余晖和拖影，效果不好。
44.并且，光源（led光源）的门槛电压u
led_th
为定值，由光源的自身属性决定，当信号脉冲频率f增大，则需降低吸能装置的阻值r。
45.其中，当 r等于时，此时阻性负载的电阻功率p为：
因此，在选取吸能装置的额定功率时，需要使吸能装置的额定功率p大于上述值，即：。
46.若选用的吸能装置的额定功率p小于时，这样会导致吸能装置在运行时的实际功率大于其额定功率而导致吸能装置的烧毁。在选用吸能装置时，在确保其额定功率的前提下，并使其额定功率p的大小尽量接近，这样既能保证吸能装置能够安全运行，同时又不会造成吸能装置额定功率的冗余，降低吸能装置的选用成本。
47.并且，随着pwm控制器的信号脉冲频率f的增大，则需要选用更大额定功率的吸能装置，否则吸能装置（阻性负载）会过载烧毁。
48.pwm控制器接收用户输入的调光刷新率和调光混色占空比d，以用户输入的调光刷新率作为pwm控制器的信号脉冲频率f，对恒流装置的开启时段t
on
以及关闭时段t
off
进行控制，控制方法如下：；其中，0 ≤ d ≤ 1。
49.其中，调光刷新率根据客户的需要进行设定。
50.进一步的，由于吸能装置为阻性负载，属于高速吸能，因吸能速率高，电流的变化率（）极高，因此在关闭时段t
off
中，会产生震荡电流，如附图5所示。震荡电流流向光源（led光源），产生不该亮的闪烁从而影响调光效果，导致调光混色不精准。
51.为了解决震荡电流问题，在恒流装置与吸能装置之间设置阻尼装置，阻尼装置与第一电子开关、吸能装置串联。本实施例中，阻尼装置选用磁珠。
52.其中，s1：用示波器测量光源在关闭时段t
off
内震荡电流的频率f
cz
;s2：用中心频率均为f
cz
但具有不同阻抗的多个磁珠，按阻抗从小到大的顺序分别逐个装在电路中调试，当示波器中观察到光源（led光源）在关闭时段t
off
内震荡电流峰值低于设定峰值时，此时对应的磁珠阻抗值为最佳阻抗值z
cz，
把中心频率均为f
cz、
阻抗值为z
cz
的
磁珠作为阻尼装置并连接到电路中。本发明中，震荡电流的设定峰值为3a。
53.磁珠能够针对性地吸收特定频率f
cz
的震荡能量，不属于该频率的电流会直通且不受影响，因此对电感残余能量的放电速率不产生影响。
54.本发明通过增加吸能模块以及第一电子开关并实现对调光灯的高刷新率控制，吸能模块的阻值与系统参数（恒流装置的电感、pwm控制器的信号脉冲频率f等）相关联，通过系统参数即可精准选用相应阻值大小的吸能装置（阻性负载），通过精准选用相应阻值的吸能装置，准确快速吸收每个周期内恒流源残余能量使得电流平稳，控制方式巧妙，解决了高刷洗率灯具pwm关闭时段t
off
内因放电不彻底，导致电流不平稳产生闪烁问题，取得了高刷新率调光调色灯具的良好效果，实现了直播时代对高刷新率灯具的需求。
55.实施例2：由于吸能装置的阻值r越小，放电时间越长，效果越差；而吸能装置的阻值r越大，放电时间越短，效果越好。可见，需要在不影响性能的前提下，吸能装置的阻值r的取值尽量要大。但是led光源门槛电压u
led_th
为定值，电路工作频率f越大，需降低r的阻值；可见，当要求刷新率（即信号脉冲频率f）越高时，需要降低吸能装置的阻值r的取值，否则放电电流流向led光源而影响调光效果。
56.基于上述矛盾，实施例2在实施例1的基础上进行进一步改进。如图6-图8所示，实施例2中，在恒流装置和光源之间设置第二电子开关，第二电子开关与光源串联，第一电子开关和第二电子开关同时由pwm控制器进行控制，第二电子开关与恒流装置的工作状态互为同相，第一电子开关与恒流装置的工作状态互为反相。第二电子开关为继电器或者mosfet晶体管。
57.如图7所示，在一个脉冲中，恒流装置包括一个开启时段t
on
和一个关闭时段t
off
；同样的，在一个脉冲中，第一电子开关也包括一个开启时段t
on
和一个关闭时段t
off
，第二电子开关也包括一个开启时段t
on
和一个关闭时段t
off
；恒流装置的开启时段t
on
与第一电子开关的关闭时段t
off
相对应，恒流装置的开启时段t
on
与第二电子开关的开启时段t
on
相对应；恒流装置的关闭时段t
off
与第一电子开关的开启时段t
on
相对应，恒流装置的关闭时段t
off
与第二电子开关的关闭时段t
off
相对应。
58.在恒流装置和光源之间设置有第二电子开关时，当恒流装置处于关闭时段t
off
时，第二电子开关也处于关闭时段t
off
,此时的第一电子开关处于开启时段t
on
，由于第二电子开关的关闭，阻止了恒流装置的放电电流流向光源（led光源），因此可继续提高吸能装置的阻值r，加快对恒流装置的残余能量的吸收消耗。
59.由于恒流装置处于关闭时段t
off
时，吸能装置分得的电压不能大于输入端的输入电压v
in
，因此吸能装置的阻值r计算方法如下：；其中，v
in
为输入端的输入电压；当时，吸能装置实现最佳吸能效果。
60.在选取吸能装置的额定功率p时，应使额定功率p满足以下公式：。
61.在增加了第二电子开关后，灯具电流与pwm电压之间的关系示意图如图8所示，通过第二电子开关在恒流装置放电过程中阻止电流流向光源。该图中的每个t
off
周期时间内，没有残余电流流向led，关断自如，实时响应。
62.本实施例中，通过设置第二电子开关，在恒流装置的放电过程中阻止电流流向光源，解决了灯具pwm关断时间内因存在放电过程而导致每个周期的残余电流流向光源进而产生余晖和拖影的问题，取得了高精度电流控制、高精度调光混色的技术效果，让摄像机拍摄到的灯具效果更逼真、更自然。
63.本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本技术相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.高刷新率调光灯控制方法，其特征在于，包括恒流装置、光源、pwm控制器、吸能装置，恒流装置的一端连接输入端，恒流装置的另一端同时连接光源和吸能装置，吸能装置和光源同时与接地端相连，在吸能装置和恒流装置之间设置第一电子开关，pwm控制器同时控制恒流装置和第一电子开关；第一电子开关和恒流装置的工作状态互为反相；在恒流装置和吸能装置之间设置阻尼装置；阻尼装置为磁珠，磁珠的参数选择方法如下：s1：用示波器测量光源在关闭时段t
off
内震荡电流的频率f
cz
;s2：用中心频率均为f
cz
但具有不同阻抗的多个磁珠，按阻抗从小到大的顺序分别逐个装在电路中调试，当示波器中观察到光源在恒流装置的关闭时段t
off
内震荡电流峰值低于设定峰值时，此时对应的磁珠阻抗值为最佳阻抗值z
cz，
把中心频率均为f
cz、
阻抗值为z
cz
的磁珠作为阻尼装置并连接到电路中。2.根据权利要求1所述的高刷新率调光灯控制方法，其特征在于，在恒流装置和光源之间设置第二电子开关，第二电子开关由pwm控制器进行控制，第二电子开关与恒流装置的工作状态互为同相。3.根据权利要求1所述的高刷新率调光灯控制方法，其特征在于，恒流装置内的电路拓扑结构选用buck拓扑、boost拓扑、buck-boost拓扑中的一种。4.根据权利要求2所述的高刷新率调光灯控制方法，其特征在于，所述第一电子开关为继电器或者mosfet晶体管，所述第二电子开关为继电器或者mosfet晶体管。5.根据权利要求1所述的高刷新率调光灯控制方法，其特征在于，光源为led光源。6.根据权利要求2所述的高刷新率调光灯控制方法，其特征在于，所述吸能装置为阻性负载，吸能装置的阻值为r，吸能装置的阻值r的计算方法如下：；其中，i是恒流装置的输出电流,u
led_th
是光源的门槛电压，l为恒流装置内电路拓扑结构的电感值，f为pwm控制器的信号脉冲频率；当时，吸能装置实现最佳吸能效果；在恒流装置和光源之间设置有第二电子开关时，吸能装置的阻值r的计算方法如下：；其中，v
in
为输入端的输入电压；当 时，吸能装置实现最佳吸能效果。7.根据权利要求6所述的高刷新率调光灯控制方法，其特征在于，其特征在于，所述吸能装置的额定功率p的计算方法如下：
。8.根据权利要求1-7任意一项所述的高刷新率调光灯控制方法，其特征在于，pwm控制器接收用户输入的调光刷新率和调光混色占空比d，以用户输入的调光刷新率作为pwm控制器的信号脉冲频率f，对恒流装置的开启时段t
on
以及关闭时段t
off
进行控制，控制方法如下：；其中，0 ≤ d ≤ 1。

技术总结
本发明公开了一种高刷新率调光灯控制方法，包括恒流装置、光源、PWM控制器、吸能装置，恒流装置的一端连接输入端，恒流装置的另一端同时连接光源和吸能装置，吸能装置和光源同时与接地端相连，在吸能装置和恒流装置之间设置第一电子开关，PWM控制器同时控制恒流装置和第一电子开关；第一电子开关和恒流装置的工作状态互为反相。本发明通过增加吸能模块以及第一电子开关并实现对调光灯的高刷新率控制，吸能模块的阻值与系统参数如恒流装置的电感、PWM控制器的信号脉冲频率f等相关联，准确快速吸收每个周期内恒流源残余能量使得电流平稳，解决了高刷洗率灯具PWM关闭时段t


技术研发人员：王忠泉 请求不公布姓名
受保护的技术使用者：杭州罗莱迪思科技股份有限公司
技术研发日：2023.07.31
技术公布日：2023/10/8