CN102291899B - 调光发光二极管照明电路的控制电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于调光发光二极管(Light Emitting Diode，LED)照明的控制电路。此控制电路包括分压器、控制器以及可调适泄流器。该分压器接收来自输入端的输入电压以生成调光信号。该控制器根据该调光信号以生成切换信号，其中该控制器还根据该输入电压生成控制信号。可调适泄流器接收该控制信号并根据该控制信号从该输入端抽取泄流电流。

Description

调光发光二极管照明电路的控制电路及控制方法

技术领域

本发明涉及一种发光二极管(Light Emitting Diode，LED)照明电路，特别涉及一种用于LED调光照明电路的控制电路与控制方法。

背景技术

图1绘示传统调光照明电路100的电路图。此调光照明电路100基本上包括一三极管交流开关(TRIAC)110、桥式整流器120以及一负载130。此TRIAC 110接收一交流电流(alternating current，AC)源V_AC。藉由控制TRIAC 110的闸极(gate)电压，来自交流电流源V_AC的功率可经由桥式整流器120提供至负载130，例如是电灯泡，以达到调光控制。

然而，为了使TRIAC 110的状态保持在接通状态，需要一最小维持电流。也就是说，流经TRIAC 110的电流I_AC应该被保持在高于TRIAC 110的最小维持电流的状态，否则TRIAC 110将变换为断开状态。然而，提供至负载130的负载电流I_LD的电平相同于电流I_AC的电平。如此一来，负载电流I_LD需要满足TRIAC 110的最小维持电流的需求；否则，若负载130是一电灯泡，且电灯泡亮度较暗时(也就是流经负载130的负载电流I_LD较小，并低于TRIAC 110的最小维持电流)时，则TRIAC 110将处于介于接通与断开的不稳定状态，进而导致灯光闪烁。

因此，如何设计出简单的控制电路与方法，使得灯泡处于微弱亮度状态时，其灯光不会闪烁，实为目前研究发展的一重要方向。

发明内容

本发明涉及一种用于LED调光照明电路的控制电路与控制方法，其具有简易的组成组件，藉由第一晶体管联同一泄流电阻根据一控制信号从一输入端抽取一泄流电流，如此TRIAC的状态可保持在接通状态，进而避免灯泡灯光闪烁。

根据本发明的一方面，提供一种用于LED调光照明电路的电路。此电路包括一分压器、一控制器以及一可调适泄流器。此分压器接收来自一输入端的一输入电压以生成一调光信号。此控制器根据该调光信号以生成一切换信号，其中该控制器还根据该输入电压生成一控制信号。可调适泄流器接收该控制信号并根据该控制信号从该输入端抽取一泄流电流。

根据本发明的另一方面，提供一种用于LED调光照明电路的控制方法，包括下列步骤：藉由一分压器根据一输入电压从一输入端生成一调光信号；藉由一控制器各别地根据该调光信号与该输入电压以分别生成一切换信号与一控制信号；藉由第二晶体管箝制所述第一晶体管的一最大操作电压；以及藉由一可调适泄流器根据该控制信号以从该输入端抽取一泄流电流。

为使本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1绘示传统调光照明电路的电路图。

图2绘示根据本发明用于LED调光照明电路的一实施例。

图3绘示根据本发明用于LED调光照明电路的控制电路的控制器的一实施例。

图4绘示根据本发明可调适泄流器的一实施例。

图5绘示根据本发明可调适泄流器的另一实施例。

图6绘示根据本发明可调适泄流器的又一实施例。

图7分别绘示根据于图4与图5中可调适泄流器的实施例，绘示输入电压V_IN、泄流电流I_BR与负载电流I_LD的波形图。

图8绘示根据于图6中可调适泄流器的实施例，绘示输入电压V_IN、泄流电流I_BR与负载电流I_LD的波形图。

图9绘示用于LED调光照明电路的控制方法的流程图。

【主要组件符号说明】

100：调光照明电路

110：三极管交流开关(TRIAC)

120：桥式整流器

130：负载

200：用于LED调光照明电路的控制电路

210：分压器

211、212：电阻

213：电容

220：控制器

230：可调适泄流器

240：三极管交流开关

250：桥式整流器

260：功率晶体管

270：负载

271：磁性组件

272：整流器

273：电容

2741～2749：发光二极管(LED)

300：控制器

310：固定电流源

320：切换电路

330：侦测电路

340：缓冲器

350：运算放大器

360、370、380：电阻

400、500、600：可调适泄流器

410、510、610：第一晶体管

420、520、620：泄流电阻

430、530、630：第二晶体管

440、640：第三晶体管

450、550：齐纳二极管

460、560、660、670：电阻

540：二极管

650：第一齐纳二极管

680：第二齐纳二极管

690：操作电阻

I₃₁₀：固定电流

I_AC：电流

I_BR：泄流电流

I_BR(MAX)：泄流电流I_BR的最大电平

I_BR(MIN)：泄流电流I_BR的最小电平

I_LD：负载电流

I_O：驱动电流

S910～S940：流程步骤

S_B：控制信号

S_DM：调光信号

S_W：切换信号

T_IN：输入端

V_AC：交流电流源

V_DD：供应电压

V_IN：输入电压

V_INX：电压

V_REF：参考电压

具体实施方式

图2是根据本发明绘示用于LED调光照明电路的一实施例。用于LED调光照明电路的控制电路200包括一分压器210、一控制器220以及一可调适(adaptive)泄流器230。于一实施例中，控制电路200可还包括一三极管交流开关(TRIAC)240、桥式整流器(bridge rectifier)250、功率晶体管260以及一负载270。

分压器210，是藉由串连电阻211与212所形成，接收一输入电压V_IN以在电阻211与212的接点根据此输入电压V_IN生成一调光信号S_DM。于一实施例中，分压器210可还包括一电容213，其中此电容213可被用于将调光信号S_DM平顺为一直流电平。

控制器220具有一调光输入端，用于接收调光信号S_DM；控制器220根据此调光信号S_DM以生成一切换信号S_W；控制器220更生成一控制信号S_B，其中控制信号S_B根据输入电压V_IN的增加而减少。

经由TRIAC 240，桥式整流器250将此交流电流源V_AC整流成一直流电流(direct current，DC)输入电压V_IN。负载270包括磁性组件271、整流器272、电容273以及复数个LED 2741～2749。

功率晶体管260，耦接控制器220以及磁性组件271，以从输入端T_IN根据此切换信号S_W来生成流经LED 2741～2749的一驱动电流I_O。负载270从此输入端T_IN抽取一负载电流I_LD。LED 2741～2749的调光照明控制是藉由控制驱动电流I_O的电平的手段来达到。

当可调适泄流器230不存在时，负载电流I_LD的电平将随着驱动电流I_O电平的降低而为相对较低。这将造成TRIAC 240的维持电流不足，因而导致LED 2741～2749灯光的闪烁。此闪烁问题尤其在输入电压V_IN峰谷时将更为严重。为了克服此问题，当负载电流I_LD的电平较低时，控制器220生成控制信号S_B以控制可调适泄流器230根据此输入电压V_IN抽取泄流电流I_BR。为了避免灯光的闪烁，泄流电流I_BR与负载电流I_LD的总和，其实质上等同于电流I_AC，必需大于TRIAC 240的最小维持电流。

图3是根据本发明绘示用于LED调光照明电路的控制电路200的控制器220的一实施例。控制器300包括一固定电流源310、切换电路320、侦测电路330、缓冲器340、运算放大器350、电阻360、370与380。固定电流源310生成一固定电流I₃₁₀，流向控制器300的调光输入端。

切换电路320接收调光信号S_DM，以生成用于切换绘示于图2中的功率晶体管260的切换信号S_W。切换电路320的操作模式对于此领域中普通技术人员是公知技术，于此不再赘述。侦测电路330接收输入电压V_IN以生成一电压V_INX，此电压V_INX与输入电压V_IN呈比例关系。缓冲器340的正输入端接收此电压V_INX；缓冲器340的负输入端与输出端经由电阻360耦接运算放大器350的负输入端。运算放大器350的正输入端接收一参考电压V_REF。连接介于运算放大器350的负输入端与输出端之间的电阻370用于提供一负回授。此外，运算放大器350的输出端则经由电阻380生成一控制信号S_B。此控制信号S_B可以下式表示：

$S_B=[V_{\mathrm{REF}}\×(1+\frac{R_{370}}{R_{360}})]-[(V_{\mathrm{INX})}\×\left(\frac{R_{370}}{R_{360}}\right)]-V_{380}---\left(1\right)$

其中，R₃₆₀与R₃₇₀分别为电阻360与370的电阻值；V₃₈₀是电阻380两端的电压。由于运算放大器350所提供的负回授，控制信号S_B将根据电压V_INX的增加而减少。其中，电压V_INX的侦测与生成的方式已公开于先前技术中，例如美国专利号7,671,578”Detection Circuit for Bleeding the InputVoltage of Transformer”、美国专利号7,656,685”Control Method and Circuitwith Indirect Input Voltage Detection by Switching Current Slope Detection”以及美国专利号7,592,790”Start-up Circuit with Feedforward Compensation forPower converters”，因此电压V_INX的侦测与生成的描述于此不再赘述。

固定电流I₃₁₀与分压器210的等效电阻用于决定调光信号S_DM的最小电平，其中调光信号S_DM还用于决定负载电流I_LD的最小电平。

图4是根据本发明绘示可调适泄流器230的一实施例。可调适泄流器400包括第一晶体管410、第二晶体管430与第三晶体管440、泄流电阻420、电阻460与一齐纳二极管(ZENOR diode)450。可调适泄流器400根据控制信号S_B从输入端T_IN抽取一泄流电流I_BR。于本发明的一实施例中，第二晶体管430是一金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor，MOSFET)，其为高电压组件(high voltage device)。第一与第三晶体管410与440是双载子接面晶体管(Bipolar JunctionTransistor，BJT)，其为低电压组件。

第二晶体管430的漏极耦接绘示于图2的桥式整流器250的输出端，其即输入端T_IN。第二晶体管430的闸极接收一供应电压V_DD。于本发明一实施例中，供应电压V_DD是控制器220的电源供应电压。供应电压V_DD是藉由磁性组件271的辅助绕阻(未绘示于图上)所提供。第二晶体管430的源极是连结至第一晶体管410的集极。也就是说，第二晶体管430与第一晶体管410串接以箝制第一晶体管410的最大操作电压，如第一晶体管410的集极端的电压。

泄流电阻420连结于第一晶体管410的射极与参考接地之间。第三晶体管440的基极与集极相连接。而控制信号S_B则供应至第一晶体管410的基极与第三晶体管440的集极，也就是说，第一晶体管410接收此控制信号S_B并受其驱动，使得第一晶体管410联同泄流电阻420根据此控制信号S_B从输入端T_IN抽取一泄流电流I_BR。

齐纳二极管450的阴极是连结至第三晶体管440的射极，齐纳二极管450的阳极是连结至参考接地；其中齐纳二极管450耦接第一晶体管410以限制泄流电流I_BR的最大电平I_BR(MAX)。

电阻460连结介于第一晶体管410的基极与参考接地之间。电阻460是当控制信号S_B处于浮动状态时，用于断开第一晶体管410。第三晶体管440与齐纳二极管450介于第一晶体管410的基极与参考接地之间以串联方式相连接，以提供用于第一晶体管410的最大箝制电压。其中，可选择具有相同温度系数特性的第一与第三晶体管410与440，如此第一晶体管410的基极-射极电压V_BE可被第三晶体管440的基极-射极电压V_BE所补偿。如此一来，横跨泄流电阻420的电压将仅藉由齐纳二极管450的电压V_Z1来决定。因此，在第一晶体管410的集极端的第一晶体管410的最大操作电压是受第三晶体管430箝制于供应电压V_DD之下。泄流电流I_BR的最大电平I_BR(MAX)可以下式表示：

$I_{\mathrm{BR}\left(\mathrm{MAX}\right)}=\frac{V_{Z1}}{R_{420}}---\left(2\right)$

其中V_Z1是齐纳二极管450的电压，R₄₂₀是泄流电阻420的电阻值。

泄流电流I_BR是根据输入电压V_IN的增加而减少。由于泄流电流I_BR与第三晶体管430的接通电阻将导致功率损耗，如此来自输入端T_IN的泄流电流I_BR必需根据输入电压V_IN的增加而减少，以减少功率损耗并避免第三晶体管430的过热。

图5是根据本发明绘示可调适泄流器230的另一实施例。可调适泄流器500包括第一晶体管510与第二晶体管530、泄流电阻520、电阻560、齐纳二极管550与一二极管540，其中第一与第二晶体管510与530、泄流电阻520、电阻560与齐纳二极管550的操作方式等同于图4中的第一、第二晶体管410与430、泄流电阻420、电阻460与齐纳二极管450，因此上述组件的描述于此不再赘述。

二极管540，取代绘示于图4中的第三晶体管440，是用于节省成本；其中二极管540的阳极端是连结至第一晶体管510的基极，二极管540的阴极端是连结至齐纳二极管550的阴极。

图6是根据本发明绘示可调适泄流器230的又一实施例。可调适泄流器600包括第一晶体管610、第二晶体管630、第三晶体管640、泄流电阻620、电阻660与670、操作电阻690、第一齐纳二极管650与第二齐纳二极管680；其中第一、第二与第三晶体管610、630与640、泄流电阻620、电阻660以及第一齐纳二极管650的操作方式等同于绘示于图4中的第一、第二与第三晶体管410、430与440、泄流电阻420、电阻460与齐纳二极管450，因此上述组件的描述于此不再赘述。

可调适泄流器600不使用供应电压V_DD抽取泄流电流I_BR。电阻670连接介于第二晶体管630的闸极与漏极之间。第二齐纳二极管680连接于第二晶体管630的闸极与参考接地之间。电阻670与第二齐纳二极管680用于箝制第一晶体管610的最大操作电压。

此外，操作电阻690是从第一与第二晶体管610与630的接点部分连结至参考接地，以当第一晶体管610受控制信号S_B控制完全断开时，决定泄流电流I_BR的最小电平I_BR(MIN)。泄流电流I_BR的最小电平I_BR(MIN)是藉由第二齐纳二极管680的电压V_Z2与操作电阻690的电阻值所决定，其可以下式表示：

$I_{\mathrm{BR}\left(\mathrm{MIN}\right)}=\frac{V_{Z2}-V_{\mathrm{TH}}}{R_{690}}---\left(3\right)$

其中V_Z2是第二齐纳二极管680的崩溃电压，V_TH是晶体管630的阀值电压，R₆₉₀是操作电阻690的电阻值。

图7是根据分别绘示于图4与图5可调适泄流器400与500的实施例中输入电压V_IN、泄流电流I_BR与负载电流I_LD的波形图。由于可调适泄流器400与500并未包括绘示于图6中的操作电阻690，其泄流电流I_BR的最小电平I_BR(MIN)为0。

图8是根据绘示于图6可调适泄流器600的实施例中输入电压V_IN、泄流电流I_BR与负载电流I_LD的波形图。由于操作电阻690是在第一晶体管610被控制信号S_B完全断开时，用以决定泄流电流I_BR的最小电平I_BR(MIN)，其中泄流电流I_BR的最小电平I_BR(MIN)大于0。

图9绘示用于LED调光照明电路的控制方法的流程图。请同时参照图2～6。于步骤S910中，藉由分压器(210)根据来自输入端(T_IN)的输入电压(V_IN)以生成调光信号(S_DM)。

于步骤S920中，藉由控制器(220)分别根据调光信号(S_DM)与输入电压(V_IN)以分别生成切换信号(S_W)与控制信号(S_B)。于一实施例中，控制信号(S_B)将根据输入电压(V_IN)的增加而减少。调光信号(S_DM)的最小电平可藉由耦接分压器(210)的固定电流源(310)来决定。

于步骤S930中，藉由可调适泄流器(230)根据控制信号(S_B)以从输入端(T_IN)抽取出泄流电流(I_BR)，其中泄流电源(I_BR)的最大电平(I_BR(MAX))可藉由耦接晶体管(410)的第一齐纳二极管(450)所限制。泄流电流(I_BR)的最小电平(I_BR(MIN))可藉由耦接第一晶体管(610)与第二晶体管(630)的操作电阻(690)所限制。

于步骤S940中，藉由第二晶体管(430)箝制第一晶体管(410)的最大操作电压。用于第一晶体管(410)的此最大操作电压可藉由耦接第二晶体管(630)的第二齐纳二极管(680)所限制。

于本发明中，提供一种用于LED调光照明电路的控制电路与控制方法。根据本发明，泄流电流I_BR与负载电流I_LD的总和大于TRIAC的最小维持电流，如此可避免LED灯光的闪烁。本发明的目的之一在于提供具有可调适泄流器的控制电路，此可调适泄流器是用于LED调光照明电路而不造成灯光闪烁。本发明的另一目的在于提供具有低功耗的高效率LED照明电路。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰。因此，本发明的保护范围当以后附的权利要求书的保护范围为准。

Claims (17)

1.一种调光发光二极管(Light Emitting Diode，LED)照明电路的控制电路，包括：

分压器，接收来自输入端的输入电压以生成调光信号；

控制器，根据所述调光信号以生成切换信号，其中所述控制器还根据所述输入电压生成控制信号；以及

可调适泄流器，接收所述控制信号并根据所述控制信号从所述输入端抽取一泄流电流，

其中所述控制器包括固定电流源，耦接所述分压器以决定所述调光信号的最小电平。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其中所述控制信号根据所述输入电压的增加而减少。

3.根据权利要求1所述的控制电路，其中所述可调适泄流器包括：

第一晶体管，接收所述控制信号；

泄流电阻，耦接所述第一晶体管，其中所述第一晶体管联同所述泄流电阻根据所述控制信号以从所述输入端抽取所述泄流电流；以及

第二晶体管，串接所述第一晶体管以箝制所述第一晶体管的最大操作电压。

4.根据权利要求3所述的控制电路，还包括第一齐纳二极管，耦接所述第一晶体管以限制所述泄流电流的一最大电平，其中所述第一晶体管为低电压组件(low-voltage device)。

5.根据权利要求3所述的控制电路，还包括第二齐纳二极管，耦接所述第二晶体管以限制用于所述第一晶体管的最大操作电压，其中所述第二晶体管为高电压组件(high-voltage device)。

6.根据权利要求3所述的控制电路，还包括操作电阻，耦接所述第一晶体管与所述第二晶体管以决定所述泄流电流的最小电平。

7.根据权利要求1所述的控制电路，其中所述可调适泄流器包括：

第一晶体管，接收所述控制信号；

泄流电阻，耦接所述第一晶体管，其中所述第一晶体管联同所述泄流电阻以根据所述控制信号从所述输入端抽取所述泄流电流；以及

第二晶体管，串接所述第一晶体管以箝制所述第一晶体管的最大操作电压。

8.根据权利要求1所述的控制电路，还包括功率晶体管，耦接所述控制器，用于根据所述切换信号从所述输入端生成用于LEDs的驱动电流。

9.根据权利要求7所述的控制电路，还包括：

第一齐纳二极管，耦接所述第一晶体管以限制所述泄流电流的最大电平；以及

第二齐纳二极管，耦接所述第二晶体管以限制用于所述第一晶体管的所述最大操作电压。

10.根据权利要求9所述的控制电路，更包括操作电阻，耦接所述第一晶体管与所述第二晶体管以限制所述泄流电流的最小电平。

11.一种调光发光二极管(Light Emitting Diode，LED)照明电路的控制方法，包括：

藉由分压器根据来自输入端的输入电压以生成调光信号；

藉由控制器分别根据所述调光信号与所述输入电压以分别生成切换信号与控制信号；以及

藉由可调适泄流器根据所述控制信号以从所述输入端抽取泄流电流，

还包括藉由耦接所述分压器的固定电流源来决定所述调光信号的最小电平。

12.根据权利要求11所述的控制方法，其中所述控制信号根据所述输入电压的增加而减少。

13.根据权利要求11所述的控制方法，其中所述可调适泄流器包括：

第一晶体管，接收所述控制信号；

泄流电阻，耦接所述第一晶体管，其中所述第一晶体管联同所述泄流电阻根据所述控制信号从所述输入端抽取所述泄流电流；以及

第二晶体管，串接所述第一晶体管以箝制所述第一晶体管的一最大操作电压。

14.根据权利要求13所述的控制方法，还包括：

藉由第二晶体管箝制所述第一晶体管的最大操作电压。

15.根据权利要求13所述的控制方法，还包括藉由第一齐纳二极管耦接所述第一晶体管，来限制所述泄流电流的最大电平。

16.根据权利要求13所述的控制方法，还包括藉由第二齐纳二极管耦接所述第二晶体管，来限制所述第一晶体管的所述最大操作电压。

17.根据权利要求13所述的控制方法，还包括藉由操作电阻耦接所述第一晶体管与所述第二晶体管，来限制所述泄流电流的最小电平。

Images