CN102415217B - 用于控制发光二极管的亮度的方法和设备 - Google Patents

用于控制发光二极管的亮度的方法和设备 Download PDF

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Abstract

一种用于驱动发光二极管LED的电路，包括：交流电压源，交流电压源包括具有点火角的三端双向可控硅调光器以及向LED提供电能的输出端子；过零检测器，检测由交流电压源提供的交流电压的极性变化，并且提供指示过零的过零输出信号；由过零输出信号触发的定时器，该定时器在定时器的时间周期中生成定时器输出信号；以及LED电源电路，基于定时器输出信号的定时特性减小提供给发光二极管的电流。

Description

用于控制发光二极管的亮度的方法和设备
相关申请的交叉参考
本PCT国际申请主张2009年11月19日提交的美国临时专利申请No.61/262,582的优先权，其结合于此作为参考。
背景技术
本发明涉及用于控制发光二极管(LED)的亮度的设备和方法。
通常期望对照明设备的供电中具有调光功能。一个通常使用的调光器是公知的三端双向可控硅(triac)调光器。三端双向可控硅调光器通过斩波负载电压来减小它的负载功率，该负载电压在每个半周期中将电流驱动到负载。
图1示出三端双向可控硅调光器14和LED光源10的典型连接。LED光源10的一端连接至AC电源12的中线N。LED光源10的另一端连接至三端双向可控硅调光器14，其通过可选开关16依次连接至AC电源12的火线L。最常用的调光器是前沿型调光器，其中在每个半周期的电导从过零点延时，使得在过零点之后对负载呈现的第一电压是电压的前沿。
图2的上部波形示出在最大亮度设置处前沿型三端双向可控硅调光器14的输出电压VTD波形。点火角，其是三端双向可控硅导电的电压的相角，处于其最小值。图2中下部的波形示出当三端双向可控硅调光器14处于其最大值时LED光源10的输入电流波形ILS。
随着调光器调节，点火角改变。图3示出当点火角被设置为90度(约半亮度)时的电压VTD和电流ILS波形，并且图4示出当点火角被设置为最大点火角(最小亮度)时的电压VTD和电流ILS波形。
然而，如果调光器被预设为最大点火角时，大多数调光器不能上电。用户必须将调光器打开以恰当上电，并且然后下调至期望的亮度。此外在最大点火角处，即使调光器能够自己上电，调光器输出电源也许过低以不能下压启动LED光源电路。
需要不存在这些缺陷的电源供应方法和设备。
发明内容
考虑以上问题，根据本发明的第一方面，一种驱动发光二极管LED光源的方法，所述方法包括：提供具有正半周期和负半周期的交流电压源；调节具有点火角的调光器，从而在启动正半周期或负半周期之后当已经达到所述点火角时将电流提供给LED；在启动正半周期或负半周期之后等待时间周期；以及在所述时间周期结束时减小提供给LED的电流，其中所述时间周期不超过正半周期或负半周期的结束。
在另一方面，提供给LED的减小的电流的周期是固定的时间周期。
在另一方面，提供给LED的减小的电流的周期是可变的时间周期。
在另一方面，提供给LED的减小的电流的周期被设置为与调光器的点火角成比例。
根据本发明的另一方面，一种用于驱动发光二极管LED的电路包括：交流电压源，包括具有点火角的三端双向可控硅调光器以及向LED提供电能的输出端子；过零检测器，检测由交流电压源提供的交流电压的极性变化，并且提供指示过零的过零输出信号；由过零输出信号触发的定时器，所述定时器在定时器的时间周期中生成定时器输出信号；以及LED电源电路，基于定时器输出信号的定时特性减小提供给发光二极管的电流。
在另一方面，所述电路还包括：第二电压检测器，检测调光器电压并且输出电压检测器输出；以及逻辑电路，逻辑地组合电压检测器输出和定时器输出信号，并且产生充电信号以对耦合至LED电源电路的定时电容器进行充电和放电，用于在向LED提供的正常电流和减小的电流之间切换。
在另一方面，逻辑电路包括：逻辑门，接收并逻辑地组合电压检测器输出和定时器输出信号；一个或多个电阻，控制定时电容器的充电电流和放电电流；以及一个或多个二极管，分离充电路径和放电路径。
在另一方面，所述电路还包括脉冲整形放大器，将定时电容器电压转换为输出给LED电源电路的数字信号。
附图说明
附图仅用于说明的目标并且不必须按比例绘制。然而通过结合附图参考下面的具体实施方式可以最好地理解本发明本身，其中：
图1是示出三端双向可控硅调光器和LED光源的现有连接的图示；
图2是示出对于图1的现有电路的调光器输出电压和LED光源输入电流的最小点火角处的波形的图示；
图3是示出对于图1的现有电路的调光器输出电压和LED光源输入电流的90度点火角处的波形的图示；
图4是示出对于图1的现有电路的调光器输出电压和LED光源输入电流的最大点火角处的波形的图示；
图5是示出根据本发明的一个方面调光器输出电压和LED光源输入电流的最大亮度处的波形的图示；
图6是示出根据本发明的一个方面调光器输出电压和LED光源输入电流的半亮度处的波形的图示；
图7是示出根据本发明的一个方面调光器输出电压和LED光源输入电流的最小亮度处的波形的图示；
图8是根据本发明的一个方面的可调光LED电源的示意图；
图9示出用于图8中所示的电源中的输入电压、触发电压和模式电压的波形；
图10是示出具有可变空闲时间的根据本发明的一个方面的调光器输出电压和LED光源输入电流的最大亮度处的波形的图示；
图11是示出具有可变空闲时间的根据本发明的一个方面的调光器输出电压和LED光源输入电流的半亮度处的波形的图示；
图12是示出具有可变空闲时间的根据本发明的一个方面的调光器输出电压和LED光源输入电流的最小亮度处的波形的图示；
图13是具有可变周期功能的根据本发明的另一方面的可调光LED电源的图示；以及
图14是示出图13所示的根据本发明的一个方面的电源的功能块的信号波形的图示。
具体实施方式
根据本发明的方面，提出了驱动LED光源的设备和方法，使得当半周期电压的相角超过某预定值时被驱动的LED光源从调光器抽取减小的电流。减小的电流的固定周期被插入到半周期的尾部。按照根据本发明的方面的驱动，用户仅将调光器调至用于最小亮度的预定角度，不用将调光器一直下调到最大点火角。在预定角度，调光器能够上电并且调光器输出电压足够高以启动LED光源电路。
图5示出根据本发明的一个方面的驱动方法，当亮度被设置为最大亮度时的调光器电压VTD和电流波形ILS。从图中可见，调光器输出电压VTD波形与图2中的波形相同。然而，电流波形ILS是不同的。电流ILS的尾部在每个半周期处显著减小。图6示出根据本发明的一个方面的驱动方法，当亮度被设置为半亮度时的调光器电压VTD和电流波形ILS。图7示出根据本发明的一个方面的驱动方法，当亮度被设置为最小亮度时的调光器电压VTD和电流波形ILS。由于减小的电流，与图4相比，最小亮度点火角更小。调光器输出电压VTD也高于图4中所示。在这样的最小亮度点火角，调光器应该能够上电并且调光器输出电压应该足够高以启动LED光源电路。
图8示出可调光LED电源电路100，其提供了实现该调光方法的方式，其中过零检测器用于检测AC输入电压的极性变化。根据本发明的实施例的电源电路100包括AC输入电压源102、三端双向可控硅调光器106、过零检测器104、定时器108、电源电路112和LED114。由过零检测器104检测的极性变化触发了定时器108，其生成信号以将电源电路112从正常电流模式切换为减小的电路模式。
图9示出了图8的电路的每个功能框的信号波形。电源电路100的使用由此导致了如图5-7的波形所示的减小的电流。
根据本发明的另一个实施例提出的方法的变形在半周期的尾部使用了可变的断周期(off period)来替代固定的断周期。根据本发明的该方面，断周期被选择为与三端双向可控硅调光器的点火角成比例。如果三端双向可控硅调光器的点火角是θ，则断周期内的角度偏移将是kθ，其中k是常数。
图10-12示出了当亮度被分别设置为最大、一半和最小时，用于本发明的可变断周期实施例的电压VTD和电流波形ILS。
可以获知通过本发明的该方面的可变空闲时间机制，处于最小亮度的调光器的点火角也可以被偏移为较小的值。此外，全亮度的功率因子将优于上面讨论的固定的空闲时间机制。
图13示出可调光LED电源电路200，其提供了根据本发明的该方面实现可变断周期机制的方式。在电路200中，过零电压检测器204用于检测AC电压源202提供的AC输入电压的极性变化。该极性变化触发了定时器208。第二电压检测器210用于检测来自调光器206的电压。使用逻辑电路209将电压检测器210的输出逻辑地与定时器208的输出组合。在这个电路中，二极管用于分离充电路径和放电路径，而电阻RC和RD用于控制充电电流和放电电流。得到的信号用于充电和放电定时电容器CT。RC控制充电电流同时RD控制放电电流。可以使用不同的RC和RD值来选择不同的充电和放电电流。然后电容器电压通过脉冲整形放大器211进行脉冲整形而被转换为数字信号。然后该信号被馈送到电源电路212用于在正常电流模式和减小的电流模式之间切换。
图14示出图13中所示的电路的每个功能块的信号波形。电路200的使用导致图10-12的可变断周期电流波形。
尽管在此示出和描述了特定实施例，本领域普通技术人员可以理解到各种替换和/或等效实现可以用于替代所示和所述的特定实施例，而不偏离本发明的范围。本申请覆盖在此描述的特定实施例的任何适应或变形。由此，本发明仅由权利要求及其等效物限定。

Claims (8)

1.一种驱动发光二极管(LED)光源的方法，所述方法包括：
提供具有正半周期和负半周期的交流电压源；
调节具有点火角的调光器，从而在启动正半周期或负半周期之后当已经达到所述点火角时将电流提供给LED；
在启动正半周期或负半周期之后等待一个时间周期；以及
在所述时间周期结尾时减小提供给LED的电流，
其中所述时间周期不超过正半周期或负半周期的结束。
2.根据权利要求l所述的方法，其中提供给LED的减小的电流的周期是固定的时间周期。
3.根据权利要求1所述的方法，其中提供给LED的减小的电流的周期是可变的时间周期。
4.根据权利要求3所述的方法，其中提供给LED的减小的电流的周期被设置为与调光器的点火角成比例。
5.一种用于驱动发光二极管(LED)的电路，所述电路包括：
交流电压源，包括具有点火角的三端双向可控硅调光器以及向LED提供电能的输出端子；
过零检测器，检测由交流电压源提供的交流电压的极性变化，并且提供指示过零的过零输出信号；
由过零输出信号触发的定时器，所述定时器在定时器的时间周期中生成定时器输出信号；以及
LED电源电路，其在所述定时器的时间周期结尾时减小提供给发光二极管的电流。
6.根据权利要求5所述的电路，还包括：
第二电压检测器，检测调光器电压并且输出电压检测器输出；以及
逻辑电路，逻辑地组合电压检测器输出和定时器输出信号，并且产生充电信号以对耦合至LED电源电路的定时电容器进行充电和放电，用于在向LED提供的正常电流和减小的电流之间切换。
7.根据权利要求6所述的电路，其中逻辑电路包括：
逻辑门，接收并逻辑地组合电压检测器输出和定时器输出信号；
一个或多个电阻，控制定时电容器的充电电流和放电电流；以及
一个或多个二极管，分离充电路径和放电路径。
8.根据权利要求6所述的电路，还包括脉冲整形放大器，该脉冲整形放大器将定时电容器电压转换为输出给LED电源电路的数字信号。
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