CN102014548B - 调整光源亮度的控制器、方法以及照明系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种调整光源亮度的控制器、方法以及照明系统。调整光源亮度的控制器包括：检测器，用于通过检测流过光源的电流来检测光源的突发调光周期的启动阶段，且当启动阶段结束时，产生触发信号，其中所述突发调光周期包括开时间段和关时间段，并且当流过光源的电流升至预设值时，所述启动阶段结束；调光信号发生器，耦合至所述检测器，用于响应于所述触发信号，触发所述突发调光周期的开时间段，且所述开时间段持续一段预设时长；脉冲发生器耦合至所述调光信号发生器，用于产生脉冲信号，以控制流过所述光源的电流，其中所述脉冲发生器在所述开时间段被启动和在所述关时间段被关闭。与现有技术相比，本发明可以获得的更高精度的调光控制。
Description
技术领域
本发明涉及光源控制技术，特别是一种根据突发调光周期调整光源亮度的控制器、方法以及照明系统。
背景技术
突发调光周期被用于控制光源(例如，发光二极管)的亮度。一个突发调光周期包括开时间段和关时间段。在开时间段有一组电流脉冲流过光源，在关时间段没有电流流过光源。这样，通过调节突发调光周期的占空比可以控制光源的亮度。
图1(a)是用于控制光源的亮度的突发调光信号110的波形图。突发调光信号110在开时间段和关时间段之间交替转换。开时间段的时间长度和关时间段的时间长度可以被预设。图1(b)是理想情况时的突发调光信号110控制的流过光源的平均电流的波形图。这样，光源的平均电流在突发调光信号110的开时间段为基本恒定的，且在突发调光信号110的关时间段为0。然而，在实际应用时，可能有一个电容和光源并联。在关时间段，电容向光源放电，这样电容的电压快速下降为0。在开时间段，电容电压逐渐上升，直到电容电压升至一定的值才有电流流过光源。这样，光源的电流有启动时间。图1(c)是实际应用时的突发调光信号110控制的流过光源的平均电流的波形图。如图1(c)所示，光源的电流从0逐渐上升。在启动阶段，几乎没有电流流过光源。实际应用情况不同，启动阶段的时间长度有所不同。因此，在突发调光信号的开时间段，光源的平均电流基本恒定的时间长度是不确定的，且在不同的应用时有所不同。所以，不能很精确的控制光源的亮度，且在不同的应用情况中，光源的亮度可能不同。
图2是现有技术的突发调光驱动电路200。由电感202、二极管204和开关206组成的转换器将输入电压VIN转换为输出电压VOUT以供电给光源(例如，发光二极管串230)，且产生流过发光二极管串230的电流。驱动电路200还包括耦合于发光二极管串230和地之间的开关220。电容240并联于发光二极管串230和开关220。控制器210的PWMOUT管脚输出的突发调光信号控制开关220以启动或关闭流过发光二极管串230的电流。控制器210的PWM管脚接收PWM信号。根据PWM信号在PWMOUT管脚产生包含开时间段和关时间段的突发调光信号。在关时间段，关断开关220以断开发光二极管串230和电容240的连接。这样，电容240的电压下降的比较慢。当开时间段开始时，导通开关220，电容240的电压仍高于一特定值。这样，相对于图1的现有技术，能够更快速地建立流过发光二极管串230的电流，由此提高了开时间段的精度。然而，PWMOUT管脚和开关220导致如图2所示的突发调光驱动电路200的成本相对较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种控制光源的调光的控制器，所述系统相较于现有技术而言，能改善突发调光周期的开时间段的精度，所以改善了光源的调光控制的精度。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于控制光源的亮度的控制器，该控制器包括：检测器、调光信号发生器和脉冲发生器，所述检测器用于通过检测流过光源的电流来检测所述光源的突发调光周期的启动阶段，且当所述启动阶段结束时，产生触发信号，其中所述突发调光周期包括开时间段和关时间段，并且当流过所述光源的电流升至预设值时，所述启动阶段结束，所述调光信号发生器耦合至所述检测器，用于响应于所述触发信号，触发所述突发调光周期的所述开时间段，且所述开时间段持续一段预设时长，所述脉冲发生器耦合至所述调光信号发生器，用于产生脉冲信号以控制流过所述光源的电流，其中所述脉冲发生器在所述开时间段被启动和在所述关时间段被关闭。
本发明还提供了一种照明系统，该照明系统包括：用于发光的光源、耦合至所述光源的转换器、以及耦合至所述转换器和所述光源的控制器，所述转换器用于根据控制信号将输入电能转换至输出电能，以给所述光源供电，所述转换器包括由所述控制信号控制的开关，所述控制器用于根据流过所述光源的电流产生所述控制信号，其中所述开关在突发调光周期的预设开时间段被交替地导通和关断，且在所述突发调光周期的关时间段保持关断，且其中所述预设开时间段从所述电流的启示阶段结束时开始，并且当流过所述光源的电流升至预设值时，所述启动阶段结束，控制器触发所述预设开时间段。
本发明进一步提供了一种控制光源的亮度的方法，该方法至少包括下列步骤：通过检测流过光源的电流来检测所述光源的突发调光周期的启动阶段，其中所述突发调光周期包括开时间段和关时间段；当所述启动阶段结束时，触发所述开时间段，且所述开时间段持续一段预设时长，其中当流过所述光源的电流升至预设值时，所述启动阶段结束；通过多个脉冲控制流过所述光源的电流；在所述开时间段启动所述脉冲；以及在所述关时间段关闭所述脉冲。
与现有技术相比，该控制器所可以获得的调光控制的精度更高。
附图说明
以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。
图1(a)是现有技术的用于控制光源的亮度的突发调光信号的波形图，图1(b)是现有技术在理想情况时的突发调光信号控制的流过光源的平均电流的波形图，图1(c)是现有技术在实际应用时的突发调光信号控制的流过光源的平均电流的波形图；
图2是现有技术的突发调光驱动电路；
图3是根据本发明的一个实施例的控制器的框图；
图4是根据本发明的一个实施例的耦合至光源的控制器的框图；
图5是根据本发明的一个实施例的与控制器相关信号的波形图；
图6是根据本发明的一个实施例的照明系统；
图7是根据本发明的一个实施例的照明系统；以及
图8是根据本发明的一个实施例的调整光源亮度的方法流程图。
具体实施方式
虽然本发明将结合以下实施例进行阐述，但应理解为这并非意指将本发明限定于这些实施例。相反，本发明旨在涵盖由所附权利要求项所界定的本发明精神和范围内所定义的各种可选项、可修改项和等同项。
此外，在以下对本发明的详细描述中，为了提供针对本发明的完全的理解，阐明了大量的具体细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外的一些实例中，对于大家熟知的方案、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明之主旨。
本发明提供了根据突发调光周期调整光源亮度的控制器。所述控制器监测流过光源的电流，以检测突发调光周期的启动阶段。一旦突发调光周期的启动阶段结束，控制器触发突发调光周期的开时间段，并持续一段预设时长。有利的是，改善突发调光周期的开时间段的精度，进而改善光源的调光控制的精度。
图3是根据本发明的一个实施例的控制器300的框图。在图3的实施例中，控制器300包括检测器320、突发调光信号发生器340和脉冲发生器360。检测器320监测流过光源(图3中未示出)的电流，以检测突发调光周期的启动阶段，且当启动阶段结束时产生触发信号302。在一实施例中，启动阶段是指当光源被初步上电时，流过光源的电流从初始值(例如，0)升至预设电流值的时间段。所述光源可以包括但不仅限于发光二极管。
突发调光信号发生器340耦合至检测器320，响应于触发信号302以触发突发调光周期的开时间段，并持续一段预设时长。脉冲发生器360耦合至调光信号发生器340，产生控制信号306(例如，脉冲信号)，以控制光源的调光。更确切的说，脉冲发生器360在突发调光周期的开时间段被启动，在突发调光周期的关时间段被关闭。举例而言，控制器300产生的控制信号306包含在开时间段的多个脉冲，且在关时间段为逻辑低。
图4是根据本发明的一个实施例的耦合至光源(例如，发光二极管串403)的控制器400的框图。和图3标号相同的元件功能相似。在图4的实施例中，控制器400包括检测器320、突发调光信号发生器340和脉冲发生器360。在一实施例中，控制器400集成在集成电路中。
当启动阶段结束时(例如，流过发光二极管串403的电流升至预设值时)，检测器320产生触发信号302。在图4的实施例中，检测器320包括感应放大器422和比较器426。电阻401和发光二极管串403串联。在一实施例中，感应放大器422通过集成芯片的ISENP管脚和ISENM管脚接收电阻401的两端的电压，并输出和电阻401上的压降成比例的监测信号Visen。这样，监测信号Visen指示流过发光二极管串403的电流。比较器426比较监测信号Visen和参考信号Vset1，当监测信号Visen和参考信号Vset1之差超过一阀值时，产生触发信号302。换句话说，当流过发光二极管串403的电流升至预设值时，检测器320产生触发信号302。
突发调光信号发生器340产生突发调光信号490以控制脉冲发生器360。在图4的实施例中，突发调光信号发生器340包括ON计时器442、调光周期计时器444、触发器446、与非门448和开关449。在一实施例中，ON计时器442和调光周期计时器444分别控制开时间段和突发调光周期。在一实施例中，ON计时器442和调光周期计时器444共用时钟信号CLK。比较器426产生的触发信号302触发ON计时器442。触发器446在输入端C接收ON计时器442的输出，并在输入端D接收电源电压VDD。计时器444提供调光周期控制信号480给计时器442的复位端Rn和触发器446的复位端Rn。与非门448接收调光周期控制信号480和触发器446在其输出端QN的输出信号。
在图4的实施例中，开关449耦合在脉冲发生器360和地之间，由与非门448的输出信号控制。在一实施例中，当开关449导通，突发调光信号490拉至逻辑低，进而关闭脉冲发生器360。当开关449关断，突发调光信号490拉至逻辑高，进而启动脉冲发生器360。开关449交替地导通或关断。脉冲发生器360通过集成芯片的GATE管脚产生控制信号306。
图5(a)是突发调光控制信号480、检测信号Visen、ON计时器442的输出、触发器446的QN端的信号、突发调光信号490和控制信号306的波形图。以下将结合图4对图5(a)进行描述。
调光周期计时器444产生调光周期控制信号480，该调光周期信号480包含持续时间长度达预设时长的第一状态(例如，逻辑高)和持续时间长度达预设时长的第二状态(例如，逻辑低)，且该第一状态和第二状态交替出现。在一实施例中，第一状态的预设时长决定突发调光周期。当调光周期控制信号480为第二状态时，ON计时器442和触发器446被复位，触发器446的输出端QN的信号为逻辑高。这样，与非门448的输入分别为逻辑高和逻辑低，与非门448的输出信号为逻辑高，进而导通开关449，而突发调光信号490为逻辑低。相应地，当调光周期控制信号480在第二状态时，脉冲发生器360被关闭。
当调光周期控制信号480从第二状态转换至第一状态时，突发调光周期开始，这样流过发光二极管串403的电流开始上升。检测器320通过比较表示流过发光二极管串403的电流的监测信号Visen和参考信号Vset1，来检测突发调光周期的启动阶段。直到检测器320检测到Visen和Vset1的差值超过一阀值时，触发ON计时器442，例如，由比较器426提供触发信号302给ON计时器442。响应于触发信号302，ON计时器442开始计数，这样突发调光周期的开时间段开始。ON计时器442输出启动信号(例如，逻辑0)给触发器446的输入端C，该启动信号持续预设时长的开时间段。在开时间段，触发器446的输出端QN的信号仍为逻辑高。因为调光周期控制信号480处在第一状态(例如，逻辑高)，与非门448产生逻辑低，因此关断开关449。所以，突发调光信号490为逻辑高，脉冲发生器360在预设的开时间段被开启，输出包括多个脉冲的控制信号306以控制发光二极管串403的调光。
在一实施例中，当预设的开时间段结束时，ON计时器442产生上升沿给触发器446的输入端C。响应于上升沿，输出端QN的信号变为逻辑低，因为输入端D的电压VDD为逻辑高。这样，与非门448产生逻辑高，进而导通开关449。所以，突发调光信号490为逻辑低，关时间段开始。相应地，脉冲发生器360被关闭。流过发光二极管串403的电流可能在关时间段下降至0。当调光周期控制信号480从第一状态转换至第二状态时，突发调光周期结束。当调光周期控制信号480从第二状态转换至第一状态时，新的突发调光周期开始。基于调光周期控制信号480，突发调光信号发生器340产生突发调光信号490(例如，PWM信号)以启动或关闭脉冲发生器360。
在一实施例中，控制器400还包括误差放大器470。误差放大器470比较指示流过发光二极管串403的电流的监测信号Visen和参考信号Vset2，以判断流过发光二极管串403的电流是否达到预设的开时间段的平均电流。图5(b)为监测信号Visen和脉冲发生器360产生的脉冲信号的波形图。若流过发光二极管串403的电流小于预设的开时间段的平均电流，误差放大器470控制脉冲发生器360，增加脉冲信号的占空比。若流过发光二极管串403的电流大于预设的开时间段的平均电流，误差放大器470控制脉冲发生器360，减小脉冲信号的占空比。
图6是根据本发明的另一个实施例的照明系统600。在图6的实施例中，照明系统600包括转换器610、光源620和控制器300。光源包括但不仅限于发光二极管等。在图6中，与图3标号相同的元件功能相似。根据控制器300产生的控制信号306，耦合至光源620的转换器610将输入电能PIN转换至输出电能POUT以供电给光源620。转换器610包括由控制信号306控制的开关(图6中未示出)。通过调节控制信号306，控制输出电能POUT从而调节流过发光二极管串403的电流。这样，控制光源620的亮度。
图7是根据本发明的一个实施例的照明系统700。在图7中，与图6标号相同的元件功能相似。在图7的实施例中，控制器300应用在集成电路中。有利的是，和图2相比，省略了额外管脚(例如，PWM管脚和PWMOUT管脚)和开关320，因此降低成本。转换器610包括开关706、电感702和二极管704。ISENP管脚和ISENM管脚感应串联耦合至光源620的电阻上的压降，以感应流过光源620的电流。如图6所示，控制器300根据感应到的电流在GATE管脚产生控制信号306。由控制信号306控制转换器610的开关706，从而控制光源620的调光。开关706在突发调光周期的开时间段交替地导通或关断，且在突发调光周期的关时间段持续地关断。在一实施例中，开关706可以和控制器300一同集成在IC芯片中。
图8是根据本发明的一个实施例的调整光源亮度的方法流程图800。以下将结合图3和图4对图8进行描述。虽然图8中公布了具体的步骤，但这些步骤仅作为示例，也就是说，本发明也适用于图8中步骤的变化。
在步骤802，检测器320检测发光二极管串403的突发调光周期的启动阶段。在一实施例中，检测器320中的比较器426比较指示流过发光二极管串403的电流的监测信号Visen和预设值。在步骤804，当启动阶段结束时，检测器320产生触发信号302给ON计时器442，以触发持续预设时长的突发调光周期的开时间段。在步骤806，脉冲发生器360产生多个脉冲，以控制流过发光二极管串403的电流。
在步骤808，在突发调光周期的开时间段启动脉冲发生器360。如图5所示，在开时间段，触发器446的输出端QN的信号为逻辑高，调光周期计时器444输出的突发调光控制信号480为逻辑高。这样，与非门448的输出信号为逻辑低，进而关断开关449。所以，在开时间段启动脉冲发生器360，并输出多个脉冲以控制流过发光二极管串403的电流。
在步骤810，在突发调光周期的关时间段，关闭多个脉冲，如图5所示，在关时间段，触发器446的输出端QN的信号为逻辑低，且调光周期控制信号480为逻辑1。这样，与非门448的输出信号为逻辑高，进而导通开关449。所以，在关时间段，关闭脉冲发生器360。
上文具体实施方式和附图仅为本发明的常用实施例。显然，在不脱离所附权利要求书所界定的本发明精神和保护范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露的实施例仅用于说明而非限制，本发明的范围由所附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前的描述。
Claims (20)
1.一种控制器，用于调整光源亮度，其特征在于，所述控制器至少包括：
检测器，用于通过检测流过光源的电流来检测所述光源的突发调光周期的启动阶段，且当所述启动阶段结束时，产生触发信号，其中所述突发调光周期包括开时间段和关时间段，并且当流过所述光源的电流升至预设值时，所述启动阶段结束；
调光信号发生器，耦合至所述检测器，用于响应于所述触发信号，触发所述突发调光周期的所述开时间段，且所述开时间段持续一段预设时长；以及
脉冲发生器，耦合至所述调光信号发生器，用于产生脉冲信号，以控制流过所述光源的电流，其中所述脉冲发生器在所述开时间段被启动和在所述关时间段被关闭。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述光源包括发光二极管。
3.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述启动阶段包括当流过所述光源的所述电流从起始值升至预设值的时间段。
4.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述检测器进一步包括：
比较器，用于比较指示流过所述光源的电流的监测信号和参考信号，当所述监测信号和所述参考信号之差超过一阀值时，产生所述触发信号。
5.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述调光信号发生器进一步包括：
第一计时器，耦合至所述检测器，用于产生持续预设时长的启动信号；以及
触发器，用于接收所述启动信号，并输出第一信号。
6.根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述调光信号发生器还包括：
第二计时器，耦合至所述第一计时器，用于产生包括第一状态和第二状态的调光周期控制信号，以控制所述突发调光周期，其中所述第二状态复位所述第一计时器；以及
与非门，用于接收所述触发器和所述第二计时器的输出，并输出第二信号，以控制耦合至所述脉冲发生器的开关。
7.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述调光信号发生器产生包括第一状态和第二状态的突发调光信号，其中所述脉冲发生器在所述第一状态被启动，在所述第二状态被关闭。
8.一种照明系统，其特征在于，所述照明系统至少包括：
光源；
转换器，耦合至所述光源，用于根据控制信号将输入电能转换至输出电能，以给所述光源供电，所述转换器包括由所述控制信号控制的开关；
控制器，耦合至所述转换器和所述光源，用于根据流过所述光源的电流产生所述控制信号，其中所述开关在突发调光周期的预设开时间段内交替地导通和关断，且在所述突发调光周期的关时间段保持关断，且其中所述预设开时间段从所述电流的启动阶段结束时开始，并且当流过所述光源的电流升至预设值时，所述启动阶段结束，控制器触发所述预设开时间段。
9.根据权利要求8所述的照明系统，其特征在于，所述光源包括发光二极管。
10.根据权利要求8所述的照明系统，其特征在于，所述启动阶段包括当所述电流从起始值升至预设值的时间段。
11.根据权利要求8所述的照明系统，其特征在于，所述控制器包括检测器，用于检测所述启动阶段，且当所述启动阶段结束时，产生触发信号，以触发所述预设开时间段。
12.根据权利要求11所述的照明系统，其特征在于，所述检测器进一步包括：
比较器，用于比较指示流过所述光源的电流的监测信号和参考信号，当所述监测信号和所述参考信号之差超过一阀值时，产生所述触发信号。
13.根据权利要求11所述的照明系统，其特征在于，所述控制器至少包括：
调光信号发生器，耦合至所述检测器，用于响应于所述触发信号，触发所述突发调光周期的所述开时间段，且所述开时间段持续一段预设时长；以及
脉冲发生器，耦合至所述调光信号发生器，用于产生脉冲信号，以控制流过所述光源的电流，其中所述脉冲发生器在所述开时间段被启动和在所述关时间段被关闭。
14.根据权利要求13所述的照明系统，其特征在于，所述调光信号发生器进一步包括：
第一计时器，耦合至所述检测器，用于产生持续预设时长的启动信号；以及
触发器，用于接收所述启动信号和供电电压，并在输出端输出第一信号。
15.根据权利要求14所述的照明系统，其特征在于，所述调光信号发生器还包括：
第二计时器，耦合至所述第一计时器，用于产生包括第一状态和第二状态的调光周期控制信号，以控制所述突发调光周期，其中所述第二状态复位所述第一计时器；以及
与非门，用于接收来自所述触发器和所述第二计时器的输出，并输出第二信号，以控制所述脉冲发生器。
16.根据权利要求13所述的照明系统，其特征在于，所述调光信号发生器产生包括第一状态和第二状态的突发调光信号，其中所述脉冲发生器在所述第一状态被启动，在所述第二状态被关闭。
17.一种调整光源亮度的方法，其特征在于，所述调整光源亮度的方法至少包括下列步骤：
通过检测流过光源的电流来检测所述光源的突发调光周期的启动阶段，其中所述突发调光周期包括开时间段和关时间段；
当所述启动阶段结束时，触发所述开时间段，且所述开时间段持续一段预设时长，其中当流过所述光源的电流升至预设值时，所述启动阶段结束；
通过多个脉冲控制流过所述光源的电流；
在所述开时间段启动所述多个脉冲；以及
在所述关时间段关闭所述多个脉冲。
18.根据权利要求17所述的调整光源亮度的方法，其特征在于，所述检测所述光源的突发调光周期的启动阶段的步骤至少包括；
比较指示流过所述光源的电流的监测信号和参考信号。
19.根据权利要求18所述的调整光源亮度的方法，其特征在于，所述触发所述开时间段的步骤进一步包括：
当所述监测信号和所述参考信号之差超过一阀值时，产生触发信号；以及
响应于所述触发信号，触发所述开时间段。
20.根据权利要求17所述的调整光源亮度的方法，其特征在于，所述调整光源亮度的方法还包括：
根据流过所述光源的电流调节所述多个脉冲的占空比。
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