CN102364992B - 一种自适应可控硅调光信号发生电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应可控硅调光信号发生电路及方法，所述的电路包括：相角检测模块、反相器、滤波器和比较器。该电路能够根据输入信号的导通相角信号产生相应的调光信号。本发明是对传统的可控硅调光信号的改进，可以减小可控硅在最小导通角所对应的调光信号的宽度，从而减小LED输出电流和LED亮度，并且对可控硅导通角较大时调光信号的宽度影响较小，从而增加了调光范围。

Description

一种自适应可控硅调光信号发生电路及方法

技术领域

本发明属于开关电源技术领域，涉及一种可控硅调光信号发生电路及方法。

背景技术

LED是一种新型节能照明设备，产生相同光亮所需电能远比白炽灯小，LED与节能灯和白炽灯相比具有体积小，不易损坏等优点。LED的亮度与流过的电流直接相关，在照明应用中，需要一个驱动器将市电转换成恒定电流输出或者恒定电压输出用来驱动LED。在一些应用场合，对LED需要有亮度调节的功能，即调光功能。目前一种传统的做法是直接用LED去替代传统的照明灯具，如白炽灯，因此对LED的调光也常直接利用原有的传统的调光器，如可控硅调光。可控硅调光器直接串在交流进线火线上，所以这种调光也称为火线调光。通常LED可控硅调光的做法是检测可控硅调光器的切相角或被切相之后交流输入电压宽度来送入LED驱动器来实现对LED输出电流的控制。由于LED驱动器整流桥的输出电压波形反映了交流输入信号的导通相角，因此一种比较常用的做法是检测LED驱动器整流桥的输出电压波形来提取可控硅调光信号，如图1所示。调光信号脉宽直接体现了被切相之后交流输入电压宽度，如图2所示，其中，Vin是交流输入电压被切相后的波形，Vtriac是对应的波形调光信号波形，可控硅调光器的切相角用β表示，交流输入信号的导通相角用α表示。

传统的可控硅调光器存在一个最小导通角，即将可控硅调光器的调光角调至最大到完全关掉之前，交流输入波形并不能全部被切相到零。即可控硅最小导通角时，仍存在有输入功率，导致LED输出电流不完全调到零，LED不能实现全范围内调光，而且输入电压越高，输入功率越大，LED最小输出电流越大。

发明内容

本发明提出了一种自适应可控硅调光信号发生电路及方法，可降低可控硅调光器最小导通角时对应的调光信号的宽度及LED的最小输出电流，而对可控硅调光器导通角较大时的调光信号宽度影响较小，从而增大LED了可控硅调光范围。

一种自适应可控硅调光信号发生电路包括：

相角检测模块，所述相角检测模块接收并检测LED驱动电路的交流输入信号的导通相角信号，产生频率等于两倍交流输入电压频率、脉宽等于被切相之后交流输入电压宽度、幅值固定的矩形波信号；

反相器，所述反相器将相角检测模块输出的矩形波信号进行反相；

波形发生模块，所述波形发生模块根据相角检测模块输出的矩形波信号生成的信号逐渐由低电平上升到高电平，信号的宽度等于交流输入信号的导通相角的波形信号；

滤波器，所述滤波器将反相器输出的信号进行滤波之后得到一直流电平；

比较器，所述比较器对波形发生模块的输出的波形信号和滤波器的输出信号进行比较，输出一脉宽小于所述交流输入信号的导通相角的矩形波信号。

其中，相角检测模块输入的交流输入信号的导通相角信号来自LED驱动电路中能反映交流输入信号的导通角或相角信号可控硅切相角的信号。

其中，滤波器输出的直流电平是与交流输入信号的切相角成正比的自适应信号，亦即与导通相角成反比：当切相角较小，滤波器输出的直流电平也较小，产生可控硅调光信号与交流输入信号的导通相角之间的差值较小；当切相角变大，滤波器输出的直流电平相应增大，产生的可控硅调光信号与交流输入信号的导通相角之间的差值变大。

其中，滤波器是低通滤波器；

其中，滤波器的另外一种实现方式是数模转换电路，将输入的数字量转换为模拟量。

所述的波形信号是锯齿波、梯形波或具有指数特征的波形。

自适应可控硅调光信号发生的方法，所述的方法包括如下步骤：

步骤(1)：检测LED驱动电路的交流输入信号的导通相角信号，产生一幅值固定的相角检测信号；

步骤(2)：根据步骤(1)产生的相角检测信号产生一幅值与交流输入信号的导通相角成反比的直流电平信号；

步骤(3)：进行步骤(2)的同时，根据步骤(1)的相角检测信号产生一波形信号，该信号逐渐由低电平上升到高电平，该信号的宽度等于交流输入信号的导通相角；

步骤(4)：将步骤(2)产生的直流电平信号和步骤(3)产生的波形信号进行比较产生可控硅调光信号。

本发明的有益效果为：

本发明是对传统的可控硅调光信号的改进，可以减小可控硅在最小导通角所对应的调光信号的宽度，从而减小LED输出电流和LED亮度，并且对可控硅导通角较大时调光信号的宽度影响较小，从而增加了调光范围。

附图说明

图1为一种可控硅调光LED驱动器电路示意图；

图2切相后的交流输入电压及调光信号波形图；

图3为本发明的自适应可控硅调光信号发生电路的示意框图；

图4为图3所示的本发明的自适应可控硅调光信号发生电路在可控硅切相角较小时的波形；

图5为图3所示的本发明的自适应可控硅调光信号发生电路在可控硅切相角较大时的波形；

图6a和图6b为波形发生模块的输出波形是指数波时的波形；

图7a和图7b为波形发生模块的输出波形是指数波时的波形；

图8为相角检测模块的一个具体实施例；

图9为波形发生模块的第一具体实施例；

图10为波形发生模块的第二具体实施例；

图11为波形发生模块的第三具体实施例。

具体实施方式

以下结合本发明框图以及具体实施例示意图本发明内容进行详细说明。

图3为本发明的自适应可控硅调光信号发生电路的示意框图。如图3所示，本发明的自适应可控硅调光信号发生电路包括：

相角检测模块101，所述的相角检测模块输入101为交流输入信号的导通相角信号，输出接反相器102和波形发生模块103的输入端；相角检测模块101通过检测交流输入信号的导通相角信号，产生频率等于两倍交流输入电压频率、脉宽等于被切相之后交流输入电压宽度、幅值固定的矩形波信号；

反相器102，所述的反相器102的输出接滤波器104，将相角检测模块输出的矩形波信号进行反相；

波形发生模块103，所述的波形发生模块103的输出接比较器105的一个输入端，将相角检测模块101输出的矩形波信号转换成一波形信号，例如锯齿波、梯形波或者指数波形。

滤波器104，所述的滤波器104的输出接比较器105的另一个输入端，将反相器102输出的矩形波信号进行滤波之后得到其平均值；

比较器105，所述的比较器105对输入的波形发生模块101的输出信号和滤波器104的输出信号进行比较，输出一脉宽小于交流输入信号的导通相角的矩形波信号。

其中，相角检测模块101输入的交流输入信号的导通相角信号来自LED驱动器中能反映交流输入信号的导通或相角信号可控硅切相角的信号；

其中，滤波器104输出的直流电平与交流输入信号的导通相角成反比；

其中，滤波器104是传统意义上的低通滤波器；

其中，滤波器104是数模转换电路，将输入的数字量转换为模拟量。

根据上述一种自适应可控硅调光信号发生电路的工作过程，可以得出一种自适应可控硅调光信号发生的方法，所述的方法包括如下步骤：

步骤(1)：检测LED驱动电路的交流输入信号的导通相角信号，产生一幅值固定的相角检测信号；

步骤(2)：根据步骤(1)产生的相角检测信号产生一幅值与交流输入信号的导通相角成反比的直流电平信号；

步骤(3)：进行步骤(2)的同时，根据步骤(1)的相角检测信号产生一波形信号，该信号逐渐由低电平上升到高电平，该信号的宽度等于交流输入信号的导通相角；

步骤(4)：将步骤(2)产生的直流电平信号和步骤(3)产生的波形信号进行比较产生可控硅调光信号。

图4为图3所示的本发明的自适应可控硅调光信号发生电路在可控硅切相角较小时的波形，图5为图3所示的本发明的自适应可控硅调光信号发生电路在可控硅切相角较大时的波形；其中，Vin是交流进线电压经过可控硅切相之后的波形，V101是相角检测模块101的输出波形，V102是反相器102的输出波形，V103是波形发生模块103的输出波形，V104是滤波器104的输出波形，Vtriac是比较器105的输出波形。在可控硅切相角较小时，波形发生模块103的输出波形V103为梯形波，在可控硅切相角较大时，波形发生模块103的输出波形V103为锯齿波；波形发生模块103的输出波形V103也可以实现如图6a、图6b和图7a、图7b所示的指数波，其中，图6a和图7a对应可控硅切相角较小V103的波形，图6b和图7b对应可控硅切相角较大时V103的波形。

图8为相角检测模块101的一个具体实施例，其中第一电阻R1的一端接主电路整流桥的正输出端，第一电阻R1的另一端接第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端，第二电阻R2的另一端接地，第三电阻R3的另一端接比较器Uc的正输入端，比较器Uc的负输入端接直流电源VDC的正端，直流电源VDC的负端接地，比较器Uc的输出为相角检测模块101的输出；由于整流桥电压存在一定直流偏置，因此直流电源VDC用来提供比较的偏置电压。

图9为波形发生模块103的一个具体实施例。其中，第一开关管S1的控制端和反相器Uf的输入端接波形发生模块103的输入端，反相器Uf的输出端接第二开关管S2的控制端，第一开关管S1的一端接电流源IDC的输出端，电流源IDC的输入端接直流电压源Vcc，第一开关管S1的另一端接第二开关管S2的一端和电容Cs的一端，第一开关管S1、第二开关管S2和电容Cs公共连接点作为波形发生模块103的输出端，第二开关管S2的另一端和电容Cs的另一端接地；其中第一开关管S1和第二开关管S2在控制端输入高电平时导通，输入低电平时关断；参照图4、图5和图9，当波形发生模块103的输入端的电平为高电平时，第一开关管S1导通、第二开关管S2关断，电流源IDC给电容Cs充电，电容Cs两端电压上升，电容Cs两端电压最大值为Vcc；当波形发生模块103的输入端的电平为低电平时，第一开关管S1关断、第二开关管S2导通，电容Cs电荷经第二开关管S2放电，电容Cs两端电压放电到零并保持。

图10为波形发生模块103的另一个具体实施例。其中，波形发生模块103的输入端接电阻Rc的一端和二极管Dc的阴极，电阻Rc的另一端和二极管Dc的阳极接电容Cc的一端，电阻Rc、二极管Dc和电容Cc的公共连接点作为波形发生模块103的输出端，电容Cc的另一端接地；图9中二极管Dc可以用开关管替代掉，或者用图11所示等效电路替代，图10和图11所示的波形发生模块103的输出波形为一种指数波，如图6a和图6b所示。

无论上文说明如何详细，还有可以有许多方式实施本发明，说明书中所述的只是本发明的一个具体实施例子。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明实施例的上述详细说明并不是穷举的或者用于将本发明限制在上述明确的形式上。在上述以示意性目的说明本发明的特定实施例和实例的同时，本领域技术人员将认识到可以在本发明的范围内进行各种等同修改。

在上述说明描述了本发明的特定实施例并且描述了预期最佳模式的同时，无论在上文中出现了如何详细的说明，也可以许多方式实施本发明。上述电路结构及其控制方式的细节在其执行细节中可以进行相当多的变化，然而其仍然包含在这里所公开的本发明中。

如上述一样应当注意，在说明本发明的某些特征或者方案时所使用的特殊术语不应当用于表示在这里重新定义该术语以限制与该术语相关的本发明的某些特定特点、特征或者方案。总之，不应当将在随附的权利要求书中使用的术语解释为将本发明限定在说明书中公开的特定实施例，除非上述详细说明部分明确地限定了这些术语。因此，本发明的实际范围不仅包括所公开的实施例，还包括在权利要求书之下实施或者执行本发明的所有等效方案。

Claims (10)

1.一种自适应可控硅调光信号发生电路，其特征在于：所述的电路包括：

相角检测模块，所述相角检测模块接收并检测LED驱动电路的交流输入信号的导通相角信号，产生频率等于两倍交流输入电压频率、脉宽等于被切相之后交流输入电压宽度、幅值固定的矩形波信号；

反相器，所述反相器将相角检测模块输出的矩形波信号进行反相；

波形发生模块，所述波形发生模块根据相角检测模块输出的矩形波信号生成的信号逐渐由低电平上升到高电平，信号的宽度等于交流输入信号的导通相角的波形信号；

滤波器，所述滤波器将反相器输出的信号进行滤波之后得到一直流电平；

比较器，所述比较器对波形发生模块的输出的波形信号和滤波器的输出信号进行比较，输出一脉宽小于所述交流输入信号的导通相角的矩形波信号。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：所述的波形信号是锯齿波、梯形波或具有指数特征的波形。

3.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于：所述的相角检测模块输入的交流输入信号的导通相角信号来自LED驱动电路中能反映交流输入信号的导通角或相角信号可控硅切相角的信号。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于：所述的滤波器输出的直流电平是与交流输入信号的切相角成正比的自适应信号，亦即与导通相角成反比：当切相角较小，滤波器输出的直流电平也较小，产生可控硅调光信号与交流输入信号的导通相角之间的差值较小；当切相角变大，滤波器输出的直流电平相应增大，产生的可控硅调光信号与交流输入信号的导通相角之间的差值变大。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于：所述的滤波器是低通滤波器或者是数模转换电路，所述的数模转换电路将输入的数字量转换为模拟量。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于：所述的相角检测模块的构成是：第一电阻R1的一端接主电路整流桥的正输出端，第一电阻R1的另一端接第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端，第二电阻R2的另一端接地，第三电阻R3的另一端接比较器Uc的正输入端，比较器Uc的负输入端接直流电源VDC的正端，直流电源VDC的负端接地，比较器Uc的输出为相角检测模块的输出；由于整流桥电压存在一定直流偏置，因此直流电源VDC用来提供比较的偏置电压。

7.根据权利要求5或6所述的电路，其特征在于：所述的波形发生模块的构成是：第一开关管S1的控制端和反相器Uf的输入端接波形发生模块的输入端，反相器Uf的输出端接第二开关管S2的控制端，第一开关管S1的一端接电流源IDC的输出端，电流源IDC的输入端接直流电压源Vcc，第一开关管S1的另一端接第二开关管S2的一端和电容Cs的一端，第一开关管S1、第二开关管S2和电容Cs公共连接点作为波形发生模块103的输出端，第二开关管S2的另一端和电容Cs的另一端接地；其中第一开关管S1和第二开关管S2在控制端输入高电平时导通，输入低电平时关断；当波形发生模块的输入端的电平为高电平时，第一开关管S1导通、第二开关管S2关断，电流源IDC给电容Cs充电，电容Cs两端电压上升，电容Cs两端电压最大值为Vcc；当波形发生模块的输入端的电平为低电平时，第一开关管S1关断、第二开关管S2导通，电容Cs电荷经第二开关管S2放电，电容Cs两端电压放电到零并保持。

8.根据权利要求5或6所述的电路，其特征在于：所述的波形发生模块的构成是：波形发生模块的输入端接电阻Rc的一端和二极管Dc的阴极，电阻Rc的另一端和二极管Dc的阳极接电容Cc的一端，电阻Rc、二极管Dc和电容Cc的公共连接点作为波形发生模块的输出端，电容Cc的另一端接地。

9.一种自适应可控硅调光信号发生的方法，所述的方法包括如下步骤：

步骤(1)：检测LED驱动电路的交流输入信号的导通相角信号，产生一幅值固定的相角检测信号；

步骤(2)：根据步骤(1)产生的相角检测信号产生一幅值与交流输入信号的导通相角成反比的直流电平信号；

步骤(3)：进行步骤(2)的同时，根据步骤(1)的相角检测信号产生一波形信号，该信号逐渐由低电平上升到高电平，该信号的宽度等于交流输入信号的导通相角；

步骤(4)：将步骤(2)产生的直流电平信号和步骤(3)产生的波形信号进行比较产生可控硅调光信号。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述的波形信号是锯齿波、梯形波或具有指数特征的波形。

Images