CN101951708B - 调光控制电路、芯片及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种调光控制电路、芯片及方法。所述调光控制电路适于与调光器相连接以控制发光装置，所述调光控制电路包括升压控制模块、恒流控制模块和调光控制模块。其中，所述升压控制模块用于对所述调光控制电路的输入电压进行升压，并使所述调光控制电路的输出电压和所述输入电压的压差保持在一定范围内，以保持所述调光器两端的电压和流过所述调光器的电流同步；所述恒流控制模块用于在所述调光信号不发生变化时，保持所述调光控制电路的输出电流稳定；所述调光控制模块用于根据所述调光器的调光信号改变所述调光控制电路的输出电流。本发明提出的调光控制电路、芯片及方法能够调光器能正常工作，实现对照明装置的有效调节。

Description

调光控制电路、芯片及方法

技术领域

本发明一般地涉及电子电路技术领域，更具体地涉及照明装置的调光控制。

背景技术

随着环保和节能意识的增强，LED不断应用于各种照明场合。随着高亮度LED的成本不断下降，性能不断提高，预计在不久的将来LED的光效将可媲美小巧的荧光灯，并且LED具有寿命更长，以及不含水银等优势。如果想对照明用灯进行调光，最常用亮度控制方式就是采用Triac(三端双向可控硅)调光器进行调光，但其缺点是只适用于白炽灯泡或卤素灯。为能利用Triac调光器对LED进行调光，就必须保证可控硅能正常工作。

如图1所示为典型可控硅工作原理图，其中R1，R2及C组成延迟启动电路，可以令Triac调光器延迟启动，只有当电容C的电压上升至触发交流二极管DIAC的触发电压时，TRIAC才开始导通。滑动变阻器R1的阻值越大，启动延迟时间便越长，控制角

就越大，导通角θ也就越小，传递到负载的平均能量也就越小。

如果负载是白炽灯泡，由于其是纯阻性负载，因此可控硅Triac调光器可以用于白炽灯。当所接的是阻性负载时，当延迟电路开始工作时会产生脉冲触发，晶体管TRIAC就会突然启动，当电流跌至维持电流以下时晶体管就会在电压过零时关断。

大部分荧光灯和LED灯都会注明不适用于可控硅或其它调光器，因为它们对于Triac调光器来说不是真正的阻性负载，其主要原因如下：一般的交流/直流开关模式LED驱动器无法适应在后半周期突然上升的电压和和较低的平均电压；当Triac调光器开启时，会对输入端的LC滤波器进行充电，这样可能会引起输入电流的震荡；许多交流/直流LED驱动动器采用简单的桥式整流方法。根据这个方法，调光器只会在极短的时间内汲取电源供应电流，因此调光器没有维持持续导通的电流，调光器无法正常工作。

因此，目前需要一种调光控制电路，可以保证调光器能正常工作。

发明内容

为了解决上述问题之一，本发明提出了一种调光控制电路，所述调光控制电路适于与调光器相连接以控制发光装置，所述调光控制电路包括升压控制模块、恒流控制模块和调光控制模块。其中，所述升压控制模块用于对所述调光控制电路的输入电压进行升压，并使所述调光控制电路的输出电压和所述输入电压的压差保持在一定范围内，以保持所述调光器两端的电压和流过所述调光器的电流同步；所述恒流控制模块用于在所述调光信号不发生变化时，保持所述调光控制电路的输出电流稳定；所述调光控制模块用于根据所述调光器的调光信号改变所述调光控制电路的输出电流。

根据本发明的实施例，所述调光控制电路还包括振荡器，用于产生固定频率的三角波信号。所述升压控制模块包括调光信号处理子模块、误差放大器、占空比设置子模块、管脚保护子模块、第一比较器、脉宽调制控制子模块和第一驱动器。其中，所述调光信号处理子模块用于根据所述调光检测信号生成与输出检测信号相匹配的匹配参考信号，并将所述匹配参考信号发送到所述误差放大器；所述误差放大器用于对所述调光检测信号和所述匹配参考信号进行误差放大，并将放大后的误差信号发送到所述占空比设置子模块；所述占空比设置子模块用于根据所述误差信号确定占空比设置信号的电压，并将所述占空比设置信号发送到所述第一比较器；所述管脚保护子模块用于在所述输出检测信号的电压超过最大值限制电压时，或所述调光检测信号和输出检测信号至少其中之一的电压低于最小值限制电压时，向所述脉宽调制控制子模块发送关闭开关管信号；所述第一比较器用于根据所述占空比设置信号的电压和固定频率的三角波信号确定脉宽调制信号的占空比，并将所述脉宽调制信号发送到所述脉宽调制控制子模块；所述脉宽调制控制子模块用于根据所述脉宽调制信号的占空比和所述开关管关闭信号生成驱动信号，并将所述驱动信号发送到所述第一驱动器；所述第一驱动器用于根据所述驱动信号驱动升压电路开关晶体管。其中，所述调光检测信号为所述调光信号进行滤波和分压之后的信号，所述输出检测信号为所述调光控制电路的输出信号进行滤波和分压之后的信号。

根据本发明的实施例，所述调光控制电路还包括振荡器，用于产生固定频率的三角波信号。所述升压控制模块包括调光信号处理子模块、第二比较器、第三比较器、第四比较器、选择子模块、管脚保护子模块、脉宽调制控制子模块和第一驱动器。其中，所述调光信号处理子模块用于根据所述调光检测信号生成与输出检测信号相匹配的匹配参考信号；所述第二比较器用于比较所述匹配参考信号和第一参考电压，生成第二比较信号，并将所述第二比较信号发送到所述选择子模块；所述第三比较器用于比较所述匹配参考信号和第二参考电压，生成第三比较信号，并将所述第三比较信号发送到所述选择子模块；所述选择子模块用于根据所述第二比较信号和第三比较信号确定占空比设置信号的电压，并将所述占空比设置信号发送到所述第四比较器；所述第四比较器用于根据所述占空比设置信号的电压和固定频率的三角波信号确定脉宽调制信号的占空比；所述脉宽调制控制子模块用于根据所述脉宽调制信号的占空比确定驱动信号，并将所述驱动信号发送到所述第一驱动器；所述管脚保护子模块用于在所述输出检测信号的电压超过第二电压时，或所述调光检测信号和输出检测信号至少其中之一的电压低于第五电压时，向所述脉宽调制控制子模块发送关闭开关管信号；所述第一驱动器用于根据所述驱动信号驱动升压电路开关晶体管。其中，所述调光检测信号为所述调光信号进行滤波和分压之后的信号，所述输出检测信号为所述调光控制电路的输出信号进行滤波和分压之后的信号。

根据本发明的实施例，所述调光控制电路适于与变压器相连接，所述变压器用于对所述调光控制电路的输出信号进行变压，包括主边绕组、辅助绕组和输出绕组，其中所述主边绕组与主边开关管连接。所述恒流控制模块包括电压控制频率子模块、RS触发器、第二驱动器和第五比较器。其中，所述电压控制频率子模块用于根据输入电压确定其产生的时钟信号的频率；所述RS触发器用于接收所述时钟信号作为置1信号，接收所述第五比较器发送的关断信号作为置0信号，产生开启信号，并将所述开启信号发送到所述第二驱动器；所述第二驱动器用于根据所述开启信号驱动所述主边开关管；所述第五比较器用于比较流经所述主边绕组的主边电流采样信号和所述调光控制模块产生的主边峰值电流限制值，产生关断信号，并将所述关断信号发送到所述RS触发器。

根据本发明的实施例，所述调光控制模块包括第六比较器、选择器、第一运算放大器、第二运算放大器、晶体管和电流镜。其中，所述第六比较器用于比较所述调光检测信号和第三参考电压，产生第六比较信号，并将第六比较信号发送到所述选择器的控制选择端；所述选择器用于根据所述第六比较信号、调光检测信号和第三参考电压在所述调光检测信号的端电压大于所述第三参考电压时，选通所述第三参考电压作为选通信号；在所述调光检测信号的端电压小于所述第三参考电压时，选通所述调光检测信号的端电压作为所述选通信号；所述第一运算放大器用于对所述选通信号进行运算放大，生成第一运算放大信号；所述第二运算放大器用于对第四参考电压进行运算放大，生成第二运算放大信号；所述晶体管和电流镜用于根据所述第一运算放大信号和所述第二运算放大信号生成主边峰值电流限制值。

根据本发明的实施例，所述调光控制电路适于与变压器相连接，所述变压器用于对所述调光控制电路的输出信号进行变压，包括主边绕组、辅助绕组和输出绕组，其中所述主边绕组与主边开关管连接。所述恒流控制模块包括放电时间检测模块、恒压恒流模块、逻辑模块、第二驱动器和第七比较器。其中，所述放电时间检测模块用于根据辅助绕组端电压检测信号检测所述输出开关二极管的放电时间；所述恒压恒流模块用于根据所述输出开关二极管的放电时间和时钟信号产生脉冲频率调制信号；所述逻辑模块用于根据所述脉冲频率调制信号和所述第七比较器的第七比较信号产生第二驱动信号；所述第二驱动器用于根据所述第二驱动信号驱动所述调光控制电路的主边开关管。

根据本发明的实施例，所述调光控制电路还包括振荡器，用于产生固定频率的三角波信号。所述调光控制模块包括第八比较器和选择模块。其中，所述第七比较器用于比较所述调光检测信号和固定频率的三角波信号产生第七比较信号；所述选择模块用于根据第七比较信号、第六参考电压和第七参考电压产生主边峰值电流限制值。

根据本发明的实施例，所述调光控制电路还包括基准和偏置模块，其用于为所述调光控制电路提供参考电压和参考电流。

根据本发明的实施例，所述调光器包括可控硅调光器。

根据本发明的实施例，所述调光控制电路还包括启动模块，所述启动模块包括整流二极管、电容和电感，用于对所述调光信号进行整流和滤波。

根据本发明的实施例，所述调光控制电路还包括输入分压模块和输出分压模块，其中，所述输入分压模块用于对所述调光信号进行分压，生成调光检测信号；所述输出分压模块用于对所述调光控制电路的输出信号进行分压，生成输出检测信号。

本发明还提出了一种芯片，包括以上所述的调光控制电路。

本发明还提出了一种调光控制方法，所述方法用于根据调光器的调光信号控制发光装置，所述调光器与调光控制电路相连接，所述方法包括以下步骤：对调光控制电路的输入电压进行升压，并使所述调光控制电路的输出电压和所述输入电压的压差保持在一定范围内，以保持所述调光器两端的电压和流过所述调光器的电流同步；在所述调光信号不发生变化时，保持所述调光控制电路的输出电流稳定；在所述调光信号发生变化时，根据所述调光器的调光信号改变所述调光控制电路的输出电流。

根据本发明的实施例，所述调光器包括可控硅调光器和/或金属氧化物半导体调光器。

本发明提出的调光控制电路及芯片能够调光器能正常工作，实现对照明装置的有效调节。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有技术的可控硅工作原理示意图；

图2为根据本发明的一个实施例的调光控制电路的结构示意图；

图3为根据本发明的一个实施例的调光控制电路的电路原理图；

图4为根据本发明的一个实施例的芯片的电路原理图；

图5为根据本发明的一个实施例的启动模块的电路原理图；

图6为根据本发明的一个实施例的前级升压控制的电路原理图；

图7为根据本发明的一个实施例的升压控制模块的电路原理图；

图8为根据本发明的一个实施例的升压控制模块的电路原理图；

图9为根据本发明的一个实施例的恒流控制模块的电路原理图；

图10为根据本发明的一个实施例的调光控制模块的电路原理图；

图11为根据本发明的一个实施例的电路节点的波形图；

图12为根据本发明的一个实施例的恒流控制模块和调光控制模块的电路原理图；

图13为根据本发明的一个实施例的调光控制电路的电路原理图；

图14为根据本发明另一个实施例的调光控制电路的电路原理图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

现有的调光器中常用的包括可控硅调光器，当然也包括其它如用MOS(金属氧化物半导体)来实现调光的调光器。本发明的实施例对目前常用的各种调光器都适用。以下说明以可控硅为例，说明调光原理和实现方法，当然这仅仅是示例，不是对本发明的范围的限制。

如图2所示为根据本发明的一个实施例的调光控制电路的结构示意图。所述调光控制电路包括适于与调光器相连接以控制发光装置，该调光控制电路包括升压控制模块、恒流控制模块调光控制模块。其中，升压控制模块用于对调光控制电路的输入电压进行升压，并使调光控制电路的输出电压和输入电压的压差保持在一定范围内，以保持调光器两端的电压和流过调光器的电流同步；恒流控制模块用于在调光信号不发生变化时，保持调光控制电路的输出电流稳定；调光控制模块用于根据调光器的调光信号改变调光控制电路的输出电流。

本发明还提出了一种调光控制方法，改方法用于根据调光器的调光信号控制发光装置，调光器与调光控制电路相连接。该方法包括以下步骤：对调光控制电路的输入电压进行升压，并使调光控制电路的输出电压和所述输入电压的压差保持在一定范围内，以保持调光器两端的电压和流过调光器的电流同步；在调光信号不发生变化时，保持调光控制电路的输出电流稳定；在调光信号发生变化时，根据调光器的调光信号改变调光控制电路的输出电流。根据本发明的实施例，该调光器包括可控硅调光器和/或金属氧化物半导体调光器。

作为本发明的一个实施例，调光控制电路可以部分集成在一个芯片中，如图3所示为根据本发明的一个实施例的调光控制电路的电路原理图，图4为图3所示的调光控制电路中的芯片的电路原理图。

本发明的调光控制电路用于实现恒流输出，并且可以用于配合现有的调光器进行输出电流的调节。作为本发明的一个实施例，该调光控制电路与调光器相连接，包括电感和两个开关管，变压器和控制芯片。输入交流经整流后利用前级电感L1，驱动管Q1和控制芯片实现输入电压的升压。

需要注意的是，本发明的所有附图中的元件名称、型号，芯片名称、管脚定义，以及“第一”、“第二”等用语仅是本发明的实施例的一个示例，在具体实施中可以根据需要选择其他适合的元件名称、型号，芯片名称、管脚以及术语命名等。

图4中VCC为芯片内部电源；ref，ref1，ref2，ref3均为内部基准电压；VREF为调光信号(或称DIM信号)经处理后的电压；RMP为内部升压控制电路震荡器产生的三角波信号；Ref_IPK为ISE端电压峰值信号；UVLO为芯片上电启动信号；V_IPK为升压电路不同占空比控制信号；CK信号是用于调光的方波信号。

作为本发明的一个实施例，其中CMP1用于检测VDD端电压是否达到开启电压；CMP2用于检测输出是否处于恒压区，防止输出电压过高，通过CCCV(Constant Current Constant Voltage，恒压恒流)模块将输出电压稳定在一定范围内；其中Tds_DET(导通时间检测)模块用于检测输出二极管导通时间Tds和关断时间Toff的比例；CCCV模块作用是根据Tds_DET提供的Tds/Toff的比例产生开启开关管的脉冲信号CLOCK(时钟，或称CLK)，实现恒流和恒压输出；第二驱动器Driver2模块用于驱动开关管Q2；

DIM_CON为调光控制模块，其用于根据调光信号控制照明装置的亮度以及用于升压前级输入电压调制，DIM信号经DIM_DET(调光检测模块)处理后电压生成VREF信号，用于与升压输出反馈电压DET进行比较；EAMP(Error Amplifier)为误差放大器，用于将两个输入端的差值放大输出；占空比设置子模块用于设置升压控制电路的开关管的占空比；第三比较器(CMP3)是将占空比设置子模块设定的直流电压转变成不同占空比的方波信号，经过第二驱动器(DRIVER2)驱动主边开关管Q2。

管脚保护(或称DIM&DET_PRO)子模块用于DIM和DET端子短路保护，和输出电压过压保护。第四比较器CMP4用于检测主边峰值电流信号，当主边峰值电流超过REF_IPK/Rs时，CMP4输出一个脉冲信号负责将开关管Q2关闭。

作为本发明的一个实施例，VDD为芯片电源电压输入端子，同时也是芯片的电压检测端子；DET为升压电路输出电压检测端；DIM为升压电路输入信号检测端，同时也是调光信号输入端；VSS为地端子；ISE为芯片电流采样端子，用以检测流经开关管Q2的电流；VSE为辅佐绕组(或称辅助绕组)端电压检测信号；CON为升压电路开关管Q1驱动信号；OUT为主边开关管Q2驱动信号。

如图5所示为根据本发明的一个实施例的启动模块的示意图，其中R1为保险丝，用于防止电路短路。交流电经过可控硅和整流电路后，为使可控硅和芯片正常启动，必须在整流完后接上一小电容C1，这样电容C1端电压VA不会过低，保证了给VDD端电容C2充电时间不会过长。作为本发明的一个实施例，电容C1不应过大，因为该电压大小代表了可控硅控制交流电导通角的大小，电容C1端电压VA经分压滤波后成为调光信号。可控硅的电流通路是从交流输入一端经RC延迟电路再到整流二极管，流经电容C1和C2，最后经整流二极管回到交流电的另一端，这样就能保证可控硅在启动时有电流通路，从而可以正常启动可控硅。

如图6所示为根据本发明的一个实施例的前级升压控制的电路原理图。作为本发明的一个实施例，为使可控硅在启动过后有足够的维持电流和保证可控硅电压和电流的同步，采用BOOST升压电路结构，这样当升压电路正常工作后，也就能保证可控硅的延迟电路有充电通路，尤其是保证了可控硅两端电压和流过可控硅电流的同步。其中，可控硅两端电压和流过可控硅电流的同步是指可控硅两端的电压和流过可控硅的电流同时发生，即，可控硅的负载可视为阻性负载。

其中VA为升压前的输入电压，该电压为悬浮的脉动电压；VC为经升压后的相对稳定的直流电压，需要实现VC与VA的峰值电压的差值保持在一定的范围内，即需要防止VC过高或过低。如图6所示，作为本发明的一个实施例，通过电阻R2，R3，R4分压后，经大电容C2滤波后形成代表VA平均电压的DIM信号，通过R5，R6，R7分压后，经电容C3滤波后形成代表VC电压大小的信号DET。

如图7所示为根据本发明的一个实施例的升压控制模块的电路原理图。其中VREF为DIM经处理后与DET匹配的信号；RMP为内部产生的固定频率的三角波信号；V_PEAK为占空比设定信号。作为本发明的一个实施例，控制原理如下：3脚DIM信号，代表了升压前的平均电压，通过调光信号处理子模块(或称BOOST_DIM模块)进行处理生成与2脚DET信号匹配的信号，从而保证升压输出电压和输入电压的平均差值维持在一定的范围内。

如图6所示，因为升压的电压为交流电，最高可达370V，为防止异常情况下输出电压VC电压过高把滤波电容C4烧坏，作为本发明的一个实施例，可以设定VC的过压保护。当检测到DET端电压超过V1时，强制通过占空比设置子模块控制V_PEAK为最小值，这样就以最小占空比来驱动开关管，使输出电压VC降下来；当检测到DET端电压超过V2时，通过管脚保护(或称DIM&DET_PRO)子模块和脉宽调制控制(或称PWM_CON)子模块强制使开关管关闭，防止VC电压过高；当检测到VREF电压超过V3时，证明这时的导通角比较大，通过DIM&DET_PRO模块控制以最小占空比来驱动开关管。

作为本发明的一个实施例，可以设置短路保护措施，用于防止2脚DET和3脚DIM短路，必须要加入短路保护措施；实现原理如下：通过检测2脚DET和3脚DIM，当其中之一管脚的电压低于V5时，关闭开关管。

作为本发明的一个实施例，正常工作情况下，通过实际测试结果来匹配DET和VREF信号，使升压电路的输出电压VC和输入电压VA的峰值维持在一定的范围内，通过将DET和VREF信号进行误差放大，经占空比设置子模块后设定了最小和最大占空比，防止驱动信号占空比过高和过低。

如图8所示为根据本发明的另一个实施例的升压控制模块的电路原理图。其中ref1，ref2分别为不同的电压；RMP为内部产生的三角波信号；选择信号(V_Choose)为经选择(D_Choose)子模块选择后的决定不同占空比的输出电压。由于升压要求不高，只需要保证输出电压和输入电压的差值维持在一定的范围内，则可以根据不同的输入即通过检测3脚DIM信号的大小，来选择不同的占空比；VREF为DIM经处理后的电压，代表DIM信号的大小。

作为本发明的一个实施例，在正常工作情况下，当VREF＜ref1时，表示输入交流导通角比较小，通过选择子模块选择最大输出电压V_Choose1，对应的占空比为最大的D1；当ref1＜VREF＜ref2时，表示输入交流导通角中等，通过D_Choose模块选择第二大输出电压V_Choose2，对应的占空比为D2；当VREF＞ref2时，表示输入交流导通角比较大，通过D_Choose模块选择最小输出出电压V_Choose3，对应最小的占空比为D3。

作为本发明的一个实施例，当DET和DIM端之一短路时，通过管脚保护子模块和脉宽调制控制子模块使输出开关管关断。

作为本发明的一个实施例，当由于异常情况导致输出电压偏高时，通过管脚保护子模块和选择子模块使占空比为最小D3，从而可以将输出电压降低。

本发明的实施例实现了从输入交流经整流过后控制升压的过程，该过程包括通过前级分压电阻检测输入反馈电压VDIM和通过后级分压电阻检测输出反馈分压VDET，内部通过功能模块控制CON的占空比来实现VDET和VDIM的匹配，从而达到使输出电压与输入电压的压差保持在一定的范围内。

作为本发明的一个实施例，由于负载加重，导致输出电流超过预设的电流值时，此时输出电压降无法保持预设值。此时负载进入恒流状态，随输出电压的降低，电流大小保持不变。在已知输出电压的情况下，预设的输出电流所需的功率可按照以下公式计算：

$P=\frac{\mathrm{Uout}\·\mathrm{Iout}}{\mathrm{\η}}---\left(1\right)$

其中，P表示输入功率，Uout表示输出电压，Iout表示输出电流，η表示效率，此外输入功率P还可以表示为：

$P=f\·W=f\·\frac{\mathrm{Lp}\·\mathrm{Ip}\·\mathrm{Ip}}{2}---\left(2\right)$

其中，Lp表示主边电感量，Ip表示主边最大电流，将公式(1)带入公式(2)，可得到如下结果：

$f=\mathrm{Uout}\·\mathrm{Ioutf}\·\frac{2}{\mathrm{Lp}\·\mathrm{Ip}\·\mathrm{Ip}\·\mathrm{\η}}---\left(3\right)$

上式中，若采用固定导通时间的控制输出电流恒定(Iout)，则Ip为定值，假定η为定值，则工作频率f将与输出电压成正比。因此，采用辅助绕组采样输出电压并将其转化为相应的频率输出即可获得恒定的输出电流。但是，实际上由于输出端和反馈端二极管D2和D3的存在，导致辅助绕组检测电压的误差和非线性。作为本发明的一个实施例，芯片内部加入了相应的补偿电路，消除辅助绕组检测电压的误差和非线性问题。

如图9所示为根据本发明的一个实施例的恒流控制模块的电路原理图。其中，VCF为电压控制频率子模块，其输入电压 $\mathrm{Vf}=\frac{R2\·\mathrm{VDD}}{R1+R2},$ CLK是RS触发器的置1信号，Off是置0信号；VCF定时送出一个脉冲信号CLK，负责开启驱动管；ISE通过第五比较器(CMP5)与主边峰值电流限制值(REF_IPK)比较产生关断信号Off将开关管关断。在恒流区时，当输出电压下降时，意味着输出功率开始下降，根据公式(3)可知，需要频率f跟着下降与输出功率匹配；当输出电压升高时，开关管的频率也会跟着升高，以适应更高的输出功率。其中DIM控制REF_IPK信号，当不调光时DIM和REF_IPK为定值。

图9中调光控制模块的详细示意图如图10所示。调光控制模块配合可控硅调光器进行调光，通过调光信号来调节输出电流的大小。作为本发明的一个实施例，调光控制模块通过检测经可控硅调制产生的不同导通角的电压，经过分压和滤波后可以作为调光信号，该调光信号通过控制主边峰值电流的大小来调节输出电流的大小，从而实现对LED调光。

如图10所示为图9中的调光控制模块的电路原理图。其中，第六比较器(CMP6)为主边峰值电流最大值限定比较器，当DIM端电压VDIM比第三参考电压(ref3)要小的时候，选择器MUX选通B端，此时：

$\mathrm{REF}\_\mathrm{IPK}=\frac{\mathrm{VDIM}\×K\×R6}{R5}+\mathrm{ref}4---\left(4\right)$

当VDIM比ref3要大的时候，选择器MUX选通A端，此时：

$\mathrm{REF}\_\mathrm{IPK}=\frac{\mathrm{ref}3\×K\×R6}{R5}+\mathrm{ref}4---\left(5\right)$

其中，REF_IPK为主边峰值电流限制值，REF_IPK＝Rs×Ip；ref3，ref4分别为不同的电压；K为电流镜P4和P3的宽比。

由公式(4)可以确定在VDIM＜ref3的时候的主边峰值电流的限制值，通过改变VDIM来改变REF_IPK，进而改变Ip的值；当由于输入电压过高导致VDIM电压过高，进而可能会导致输出电流过高，因此要设定REF_IPK的最大值，进而设定了输出电流的最大值；当输入电压偏低时，通过第二运算放大器(或称运放2、OP2)设定REF_IPK的最小值为ref4，进而设定了输出电流的最小值，防止因VDIM电压过低而导致开关管的导通时间低于芯片内置的LEB消隐时间。

由公式(3)可知， $\mathrm{Iout}=\frac{f\×\mathrm{Lp}\×\mathrm{Ip}\×\mathrm{Ip}\×\mathrm{\η}}{2\×\mathrm{Vout}}---\left(6\right)$

假设Vout不变，这时频率f也不变，Ip变为原来的1/3，那么此时的Iout变为原来的1/9，这样就实现了通过改变主边峰值电流Ip达到改变输出电流Iout的目的，实际上如果负载是LED的话，输出电流从350mA变成30mA的时候，LED压降从11V变到9.2V，这样频率f也就会跟着下降一些，通过不断的调整开关频率f使之适应新的输出电压Vout，最终Iout的整体趋势将变为原来的1/9。

如图11所为根据本发明的一个实施例的电路主要节点的工作波形。其中，OUT是开关管Q2的驱动信号；Ip是主边电流的波形；Is是次级二极管的电流波形；Tds是输出二极管的放电时间，Toff是输出二极管的截止时间。输出电流Iout和主边电流Ip的关系如下：

$\mathrm{Iout}=\frac{1}{2}\×\frac{\mathrm{Np}}{\mathrm{NS}}\×\frac{\mathrm{Tds}}{\mathrm{Tds}+\mathrm{Toff}}\×\mathrm{Ip}---\left(7\right)$

由公式(7)可知，当Ip和Tds/Toff的比例确定时，输出电流也就会确定，通过调节Ip或者Tds/Toff的大小就可以改变输出电流的大小。

如图12所示为根据本发明的一个实施例的恒流控制模块和调光控制模块的电路原理图，其中Tds_DET是输出二极管放电时间检测模块，CCCV模块实现根据Tds和Toff的比例改变开关频率；DIM_CON是调光信号处理模块，用于实现调光信号的产生和控制。

作为本发明的一个实施例，调光控制电路通过改变主边电流Ip和Tds/Toff来实现调光。从公式7可以看出，改变输出电流有两种方法：一是改变主边电流的峰值Ip；二是改变输出二极管的导通时间Tds和截止时间Toff的比例。一般实际应用中要求调光范围为5％-100％，如果只调节主边电流Ip那么就需要调节的范围也是5％-100％，事实上当Ip下降到一定程度时开关管的开通时间太短，特别是当输入电压比较高的情况下开关管的导通时间更短，所以为了适应高输入电压和主边消隐时间主边峰值电流设定有个最小值。所以如果只是调节主边峰值电流无法达到那么宽的调光范围，同理，如果只通过调节Tds/Toff的比例来调节输出电流也是无法达到那么宽的范围，因为当输出电流很小时，这时输出功率很小，导致开关管的频率很低，如果要想达到5％的范围输出频率会很低从而进入音频范围。因此调光控制电路通过改变主边电流Ip和Tds/Toff能够实现宽范围的调光应用。

如图12所示，作为本发明的一个实施例，恒流控制模块包括放电时间检测(Tds_DET)模块、恒压恒流(CCCV)模块、逻辑(LOGIC)模块、第二驱动器和第七比较器(CMP7)。调光控制模块包括第八比较器(CMP8)和选择(Choose)模块。

作为本发明的一个实施例，CMP8通过DIM和三角波的比较产生用于调光的方波信号CK，当CK为高电平时，主边峰值电流限定信号REF_IPK选择第七参考电压ref7，同时控制CCCV模块使Tds/Toff的值为1/N1；当CK为低电平时REF_IPK选择第六参考电压ref6，Tds/Toff的值为1/N2，其中Va，Vp，N1，N2，ref6和ref7均为定值，并且ref6＜ref7，N1＜N2，Va＜Vp。

作为本发明的一个实施例，当调光器调节到最大时，即VDIM＞Vp，DIM信号经调光控制模块处理后使CK信号一直为高电位，此时主边峰值电流Ip为ref7，Tds/Toff为1/N1，这时的输出电流为最大值，如下式所示：

$\mathrm{Io}\_\max =\frac{1}{2}\×\frac{\mathrm{Np}}{\mathrm{NS}}\×\frac{1}{N1+1}\×\mathrm{ref}7---\left(8\right)$

作为本发明的一个实施例，当调光器调至最小时，VDIM＜Va，DIM信号经DIM_CON模块处理后使CK信号一直为低电位，此时主边峰值电流Ip为ref6，Tds/Toff为1/N2，这时输出电流为最小值，如下式所示：

$\mathrm{Io}\_\min =\frac{1}{2}\×\frac{\mathrm{Np}}{\mathrm{NS}}\×\frac{1}{N2+1}\×\mathrm{ref}6---\left(9\right)$

作为本发明的一个实施例，当调光器调节至中间位置时，CK信号就为一方波信号，它的占空比的大小就代表了输出电流的平均值，在设定的输出最小和最大电流之间的任何一种电流大小都能通过调光器来调节实现。

该升压方法的实现包括前级分压电阻检测输入电压平均大小，后级分压电阻检测输出电压平均大小，一个电感L1，一个开关管Q1和控制芯片；为了达到经调光器输入电压和电流的同步采用该升压结构，具体实现方法前面已经列出两种，下面就实现方法进行补充和说明。图6中通过输入电压DIM信号的大小来设定输出电压的大小，其中VREF为与输出反馈电压VDET匹配的电压，通过误差放大器的作用将VDET和VREF的差值进行放大，经放大的信号控制开关管Q1的占空比，从而控制输出电压和输入电压能保持一定的压差。

如图8所示为根据本发明的一个实施例的升压控制模块的电路原理图，该实施例应用一种更为简单的方法来实现升压的要求，由于输出电压经可控硅或其它调光器调节之后，整流后的有效值就会改变，这样输入有效值越低则DIM信号也就越低，当输入更低时需要更大的占空比来实现一定压差的输出；当输入有效值更高时则只需要比较小的占空比就能满足升压，通过设定合适的ref1和ref2就可以保证在整个调光范围内都能实现输入电压的升压。

恒流实现和调光方法：该发明针对两种实现恒流的方法的前提下，提出不同的实现可控硅及其它调光器调光的功能。

$f=\mathrm{Uout}\·\mathrm{Ioutf}\·\frac{2}{\mathrm{Lp}\·\mathrm{Ip}\·\mathrm{Ip}\·\mathrm{\η}}---\left(3\right)$

由公式(3)可知第一种实现恒流的方法为通过检测输出电压的大小来调节开关管的频率，从而使输出电流达到稳定；由于输出电流Iout要受到主边电流Ip的控制，故只要改变Ip就可以改变输出电流Iout的大小，通过检测调光信号DIM，进而改变主边峰值电流，从达到调节输出电流的目的，本发明包括通过其它方式实现恒流，但通过改变主边峰值电流电流大小来达到改变输出电流大小的方案。

第二种实现调光的方法是基于第二种实现恒流的方法而提出，如图11为实现恒流和调光的原理图。

$\mathrm{Iout}=\frac{1}{2}\×\frac{\mathrm{Np}}{\mathrm{NS}}\×\frac{\mathrm{Tds}}{\mathrm{Tds}+\mathrm{Toff}}\×\mathrm{Ip}---\left(7\right)$

根据公式(7)可知第二种调光方法为通过检测调光信号DIM的大小来产生占空比随DIM变化而变化的方波信号，当为方波为高电位时电路工作在驱动最大电流的工作状态；当方波为地电位时电路工作在驱动最小电流的工作状态；当调光信号达到最大时，方波信号将一直为高电位，此时输出电流将一直为最大电流，当调光信号达到最小时，方波信号将一直为地电位，此时输出电流将一直为最小电流，当可控硅处于中间任何一种状态时输出电流将对应最小和最大电流中间的一种状态，从而实现了输出电流随调光信号变化而变化的功能。本发明包括采用其它原理实现恒流而采用通过采用该种方法实现调光的方案。

如图13所示为根据本发明的一个实施例的调光控制电路的电路原理图。该实施例为基于脉冲频率调制(PFM)方式实现恒流输出的调光方案。

作为本发明的一个实施例，在启动阶段，交流电经整流桥和可控硅的延迟电路过后，对小电容C1进行充电，一方面使可控硅正常启动，另一方面在C1电容端形成一个浮动的电压通过R0对电容C4进行充电，当电容C4端电压VDD达到12V时电路启动，只有当VDD电压掉到6V以下时，芯片才又开始对C4进行充电。这一过程保证了在芯片没有启动之前，可控硅的延迟电路有电流充电，保证可控硅正常工作。

作为本发明的一个实施例，在正常工作时，当VDD端电压达到12V时芯片开始工作，通过检测DIM和DET信号的大小来控制Q1驱动信号的占空比，从而达到实现输入电压的升压稳定在一定的范围之内，通过不断检测VDD端电压从而反映出输出电压Vout电压的大小，根据公式(3)来调整开关管的频率，从而使输出电流稳定。通过不断检测DIM信号的大小，将其转变成控制主边峰值电流信号REF_IPK，从而改变了输出电流的大小。电路始终要求工作在恒流区，如果负载很轻就会进入恒压区，电压将稳定在一定电压。

如图14所示为根据本发明的另一个实施例的调光控制电路的电路原理图。作为本发明的一个实施例，在启动阶段，交流电经整流桥和可控硅的延迟电路过后，对小电容C1进行充电，一方面使可控硅正常启动，另一方面在C1电容端形成一个浮动的电压通过R0对电容C4进行充电，当电容C4端电压VDD达到12V时电路启动，只有当VDD电压掉到6V以下时，芯片才又开始对C4进行充电。这一过程保证了在芯片没有启动之前，可控硅的延迟电路有电流充电，保证可控硅正常工作。

作为本发明的一个实施例，在正常工作时，为保证在芯片开始工作时可控硅电压和电流同步，采用将输入电压进行升压，再给后面的变压器和负载供电。通过检测DIM信号和DET信号的大小，决定了开关管Q1驱动信号的占空比，从而决定了升压电路的输出电压和输出电压的压差大小。通过检测DIM信号，通过DIM_CON模块产生用于调光的方波信号CK，CK为高时对应最大的输出电流，CK为低电位时对应最小的输出电流。根据公式(7) $\mathrm{Iout}=\frac{1}{2}\×\frac{\mathrm{Np}}{\mathrm{NS}}\×\frac{\mathrm{Tds}}{\mathrm{Tds}+\mathrm{Toff}}\×\mathrm{Ip}$ 可知当主边峰值电流Ip和Tds/Toff给定后，输出电流也就确定了。调节DIM信号时也就改变了CK信号的占空比，不同的占空比对应了不同的输出电流。

本发明的调光控制电路及芯片提出了一种应用于包含可控硅及其它调光器对照明装置，如LED的调光方案。为使可控硅及其它调光器正常工作，采用将输入交流电经整流后再升压，通过变压器辅助绕组感应输出端电压和电流的变化，采用频率调制方法用以稳定输出电流，通过控制主边峰值电流大小来调节输出电流。该设计配合现有的可控硅及其它调光器，实现了可控硅及其它调光器的正常工作，对LED进行亮度调节。本发明的调光控制电路及芯片具有以下有益效果：能够使可控硅等调光器的正常工作，保证调光器两端的电压及流经调光器的电流同步；方案简单，无需光耦反馈，同时具有完善的保护功能；采用固定Tds/Toff比值的方法实现恒流，输出电流精度可以达到±5％。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (14)

1.一种调光控制电路，其特征在于，所述调光控制电路适于与调光器相连接以控制发光装置，所述调光控制电路包括升压控制模块、恒流控制模块和调光控制模块，其中，

所述升压控制模块用于对所述调光控制电路的输入电压进行升压，并使所述调光控制电路的输出电压和所述输入电压的压差保持在一定范围内，以保持所述调光器两端的电压和流过所述调光器的电流同步；

所述恒流控制模块用于在所述调光器的调光信号不发生变化时，保持所述调光控制电路的输出电流稳定；

所述调光控制模块用于根据所述调光器的调光信号改变所述调光控制电路的输出电流。

2.根据权利要求1所述的调光控制电路，其特征在于，

所述调光控制电路还包括振荡器，用于产生固定频率的三角波信号，

所述升压控制模块包括调光信号处理子模块、误差放大器、占空比设置子模块、管脚保护子模块、第一比较器、脉宽调制控制子模块和第一驱动器，其中，

所述调光信号处理子模块用于根据调光检测信号生成与输出检测信号相匹配的匹配参考信号，并将所述匹配参考信号发送到所述误差放大器；

所述误差放大器用于对所述调光检测信号和所述匹配参考信号进行误差放大，并将放大后的误差信号发送到所述占空比设置子模块；

所述占空比设置子模块用于根据所述误差信号确定占空比设置信号的电压，并将所述占空比设置信号发送到所述第一比较器；

所述管脚保护子模块用于在所述输出检测信号的电压超过最大值限制电压时，或所述调光检测信号和输出检测信号至少其中之一的电压低于最小值限制电压时，向所述脉宽调制控制子模块发送关闭开关管信号；

所述第一比较器用于根据所述占空比设置信号的电压和所述固定频率的三角波信号确定脉宽调制信号的占空比，并将所述脉宽调制信号发送到 所述脉宽调制控制子模块；

所述脉宽调制控制子模块用于根据所述脉宽调制信号的占空比和所述开关管关闭信号生成驱动信号，并将所述驱动信号发送到所述第一驱动器；

所述第一驱动器用于根据所述驱动信号驱动升压电路开关晶体管，

其中，所述调光检测信号为所述调光信号进行滤波和分压之后的信号，所述输出检测信号为所述调光控制电路的输出信号进行滤波和分压之后的信号。

3.根据权利要求1所述的调光控制电路，其特征在于，

所述调光控制电路还包括振荡器，用于产生固定频率的三角波信号，

所述升压控制模块包括调光信号处理子模块、第二比较器、第三比较器、第四比较器、选择子模块、管脚保护子模块、脉宽调制控制子模块和第一驱动器，其中，

所述调光信号处理子模块用于根据所述调光检测信号生成与输出检测信号相匹配的匹配参考信号；

所述第二比较器用于比较所述匹配参考信号和第一参考电压，生成第二比较信号，并将所述第二比较信号发送到所述选择子模块；

所述第三比较器用于比较所述匹配参考信号和第二参考电压，生成第三比较信号，并将所述第三比较信号发送到所述选择子模块；

所述选择子模块用于根据所述第二比较信号和第三比较信号确定占空比设置信号的电压，并将所述占空比设置信号发送到所述第四比较器；

所述第四比较器用于根据所述占空比设置信号的电压和所述固定频率的三角波信号确定脉宽调制信号的占空比；

所述脉宽调制控制子模块用于根据所述脉宽调制信号的占空比确定驱动信号，并将所述驱动信号发送到所述第一驱动器；

所述管脚保护子模块用于在所述输出检测信号的电压超过最大值限制电压时，或所述调光检测信号和输出检测信号至少其中之一的电压低于最小值限制电压时，向所述脉宽调制控制子模块发送关闭开关管信号；

所述第一驱动器用于根据所述驱动信号驱动升压电路开关晶体管，

其中，所述调光检测信号为所述调光信号进行滤波和分压之后的信号， 所述输出检测信号为所述调光控制电路的输出信号进行滤波和分压之后的信号。

4.根据权利要求1所述的调光控制电路，其特征在于，

所述调光控制电路适于与变压器相连接，所述变压器用于对所述调光控制电路的输出信号进行变压，包括主边绕组、辅助绕组和输出绕组，其中所述主边绕组与主边开关管连接，

所述恒流控制模块包括电压控制频率子模块、RS触发器、第二驱动器和第五比较器，

所述电压控制频率子模块用于根据输入电压确定其产生的时钟信号的频率；

所述RS触发器用于接收所述时钟信号作为置1信号，接收所述第五比较器发送的关断信号作为置0信号，产生开启信号，并将所述开启信号发送到所述第二驱动器；

所述第二驱动器用于根据所述开启信号驱动所述主边开关管；

所述第五比较器用于比较流经所述主边绕组的主边电流采样信号和所述调光控制模块产生的主边峰值电流限制值，产生关断信号，并将所述关断信号发送到所述RS触发器。

5.根据权利要求4所述的调光控制电路，其特征在于，所述调光控制模块包括第六比较器、选择器、第一运算放大器、第二运算放大器，晶体管和电流镜，其中，

所述第六比较器用于比较所述调光检测信号和第三参考电压，产生第六比较信号，并将第六比较信号发送到所述选择器的控制选择端；

所述选择器用于根据所述第六比较信号、调光检测信号和第三参考电压在所述调光检测信号的端电压大于所述第三参考电压时，选通所述第三参考电压作为选通信号；在所述调光检测信号的端电压小于所述第三参考电压时，选通所述调光检测信号的端电压作为所述选通信号；

所述第一运算放大器用于对所述选通信号进行运算放大，生成第一运算放大信号；

所述第二运算放大器用于对第四参考电压进行运算放大，生成第二运 算放大信号；

所述晶体管和电流镜用于根据所述第一运算放大信号和所述第二运算放大信号生成主边峰值电流限制值。

6.根据权利要求3所述的调光控制电路，其特征在于，

所述调光控制电路适于与变压器相连接，所述变压器用于对所述调光控制电路的输出信号进行变压，包括主边绕组、辅助绕组和输出绕组，其中所述主边绕组与主边开关管连接，

所述恒流控制模块包括放电时间检测模块、恒压恒流模块、逻辑模块、第二驱动器和第七比较器，其中，

所述放电时间检测模块用于根据所述辅助绕组端电压检测信号检测所述输出开关二极管的放电时间；

所述恒压恒流模块用于根据所述输出二极管的放电时间和时钟信号产生脉冲频率调制信号；

所述逻辑模块用于根据所述脉冲频率调制信号和所述第七比较器的第七比较信号产生第二驱动信号；

所述第二驱动器用于根据所述第二驱动信号驱动所述调光控制电路的主边开关管。

7.根据权利要求6所述的调光控制电路，其特征在于，

所述调光控制电路还包括振荡器，用于产生固定频率的三角波信号，

所述调光控制模块包括第八比较器和选择模块，其中，

所述第七比较器用于比较所述调光检测信号和所述固定频率的三角波信号产生第七比较信号；

所述选择模块用于根据第七比较信号、第六参考电压和第七参考电压产生主边峰值电流限制值。

8.根据权利要求1所述的调光控制电路，其特征在于，还包括基准和偏置模块，其用于为所述调光控制电路提供参考电压和参考电流。

9.根据权利要求1所述的调光控制电路，其特征在于，所述调光器包括可控硅调光器和/或金属氧化物半导体调光器。

10.根据权利要求1所述的调光控制电路，其特征在于，还包括启动 模块，所述启动模块包括整流二极管、电容和电感，用于对所述调光信号进行整流和滤波。

11.根据权利要求1所述的调光控制电路，其特征在于，还包括输入分压模块和输出分压模块，其中，

所述输入分压模块用于对所述调光信号进行分压，生成调光检测信号；

所述输出分压模块用于对所述调光控制电路的输出信号进行分压，生成输出检测信号。

12.一种芯片，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的调光控制电路。

13.一种调光控制方法，其特征在于，所述方法用于根据调光器的调光信号控制发光装置，所述调光器与调光控制电路相连接，所述方法包括以下步骤：

对调光控制电路的输入电压进行升压，并使所述调光控制电路的输出电压和所述输入电压的压差保持在一定范围内，以保持所述调光器两端的电压和流过所述调光器的电流同步；

在所述调光信号不发生变化时，保持所述调光控制电路的输出电流稳定；

在所述调光信号发生变化时，根据所述调光器的调光信号改变所述调光控制电路的输出电流。

14.根据权利要求13所述的调光控制方法，其特征在于，所述调光器包括可控硅调光器和/或金属氧化物半导体调光器。 

Images