CN102612202A - 一种基于Flyback架构的开关式LED照明调光方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于Flyback架构的开关式LED照明调光方法，所述方法包括：在PFC电源后端串联一个主控开关(S₀)，用于控制电路的能量传递；设定PFC内部的电压误差放大器正向输入端所接的参考电压(U_ref)是可变的；当所述的参考电压(U_ref)变化时，就会使所述PFC的输出占空比发生改变，从而改变整体电路的输出电流大小，实现LED照明灯的调光。

Description

一种基于Flyback架构的开关式LED照明调光方法

技术领域

本发明属于LED领域，更具体地涉及LED照明电路的调光及其操作方法。

背景技术

随着全球能源紧缺，节能和可持续发展成为了人们热衷的话题。LED由于其节能、环保、寿命长、响应速度快而逐渐替代了白炽灯。随着LED的普遍使用，对于LED调光应用的需求也逐渐增加。在很多场合中都需要使用调光技术，如汽车刹车灯、路灯、办公室、商场、学校、工厂的按需调光。实现可调光不仅减少了不必要的光线，也可以实现节能减排可持续发展。调光技术不但市场巨大，而且节能可观，所以研究LED调光具有重要意义。

目前，LED调光技术主要分为三种：线性调光、可控硅调光、PWM调光。线性调光运用分压原理，应用比较简单，但是会由于分压而产生过多的热量，导致效率低下；可控硅调光运用导通角切波原理，效率比较高且性能稳定，但是不同可控硅维持电流不同，可能会造成闪烁，故不能直接应用于LED上，需要改进调试；PWM调光通过改变驱动芯片的占空比实现调光，应用简单且效率高，调光精度高且不产生任何色谱偏移，但是容易产生人耳可听见的噪声，它是目前被广泛使用的一种方法。随着调光技术的发展，人们提出了越来越多的调光方法，如数字调光、PWM+PFM双重模式调光等。

发明内容

本发明在已有的调光技术基础上，提出了一种基于Flyback架构的新型调光方法。其实现方法比较简单，通过按键次数的改变就可以实现不同亮度的调光。

更具体地，本发明所涉及的方法涉及一种基于Flyback架构的开关式LED照明调光方法，所述方法包括：在PFC电源后端串联一个主控开关，用于控制电路的能量传递；设定PFC内部的电压误差放大器正向输入端所接的参考电压是可变的；当所述的参考电压变化时，就会使所述PFC的输出占空比发生改变，从而改变整体电路的输出电流大小，实现LED照明灯的调光。

附图说明

附图1是现有技术中的Flyback的基本结构图；

附图2是现有技术中的变压器初级电流i_N、次级电流i_S随开关S变化波形图；

附图3是基于Flyback的开关式多档调光结构示意图；

附图4是第1次按键时VCC的电压波形图；

附图5是第2次按键时VCC的电压波形图；

附图6是第3次按键时VCC的电压波形图。

具体实施方式

传统的Flyback的基本结构如图1所示。其工作原理：当开关管S导通时，变压器初级线圈上的电流逐渐增大，其电压为上正下负，此时感应到次级线圈两端的电压为下正上负，二极管D截止。C_OUT为负载提供能量；当开关管S关断时，变压器初级线圈两端电压迅速改变极性，为下正上负，同时次级线圈的电压极性也发生改变，为上正下负，二极管D导通，为负载提供能量，并为C_OUT进行充电。开关管S导通关断动作对变压器初级电流i_N和次级电流i_S的影响如图2所示。

本发明在传统Flyback架构的基础上进行了系统性改进，改进后在电源后端串联一个主控开关S₀，用于控制电路的能量传递。PFC内部电压误差放大器正向输入端所接的参考电压U_ref是可变的，当U_ref变化时，就会使PFC的输出占空比发生改变，从而改变整体电路的输出电流大小，实现LED照明灯的调光。我们接入一组并联的模拟开关S₁、S₂…S_n，通过控制模拟开关的导通时序来得到不同的参考电压U_ref。当按键次数不同时，PFC电源电压VCC不同，则U_test不同，各比较器的结果输入到译码器内经运算后，输出高低电平来控制各模拟开关的导通与关断，即得到不同的参考电压U_ref。其中比较器1、2…n的反相输入端U_test均为PFC电源VCC的检测电压。电路工作时，各比较器的两输入端进行比较，当正向输入端电压高于或等于反向输入端电压时，即U_{ref_VCC}≥U_test，比较器输出高电平；反之，当U_{ref_VCC}＜U_test则输出低电平。译码器真值表如表1所示。

表1译码器真值表

基于Flyback的调光结构如图3所示。其中，L和C₁、C₂构成π型滤波网络；变压器既是一种储能装置，又起到隔离变换的作用；VCC为PFC的电源，C_by-pass用于得到稳定的PFC电源VCC。

该改进电路通过控制主控开关S₀，即按键次数，得到不同的发光强度。为了方便阐述，下面我们只举例说明按键3次，即4档调光原理。

我们设定，PFC的电源电压正常工作范围为4V到12V。当不按键时，VCC为12V，比较器1输出高电平，其余比较器输出低电平，经过译码器运算后，输出高电平到模拟开关S₁控制端(S₁导通)，输出低电平到S₂、S₃、S₄控制端(S₂、S₃、S₄断开)；按键1次时，VCC为10V，比较器1、2输出高电平，比较器3、4输出低电平，经过译码器运算后，输出高电平到模拟开关S₂控制端(S₂导通)，输出低电平到S₁、S₃、S₄控制端(S₁、S₃、S₄断开)；按键2次时，VCC为8V，比较器1、2、3输出高电平，比较器4输出低电平，经过译码器运算后，输出高电平到模拟开关S₃控制端(S₃导通)，输出低电平到S₁、S₂、S₄控制端(S₁、S₂、S₄断开)；按键3次时，VCC为6V，4个比较器均输出高电平，经过译码器运算后，输出高电平到模拟开关S₄控制端(S₄导通)，输出低电平到S₁、S₂、S₃控制端(S₁、S₂、S₃断开)。3次按键均可满足PFC的正常工作。根据实际应用的需要，我们可以类推实现多档LED照明灯调光。当按键次数增加时，VCC降低，U_ref降低，电压误差放大器的负端输出采样电压就会相对高于U_ref，然后PFC经过运算后，调节占空比使占空比减小，从而降低输出以达到和参考电压的平衡。输出降低，光强减弱，这样我们就通过按键开关实现多档调光。

①不按键，电路工作时，主控开关S₀保持闭合状态。通过π型滤波后的分压网络获得PFC电源VCC为12V，此时C_by-pass电压为12V。

②当按键1次时，主控开关S₀断开t₁时间。此时VCC从分压网络获得的供电被断开，由C_by-pass电容放电为VCC提供能量，VCC由12V下降到10V。如图4所示。

③当按键2次时，主控开关S₀断开t₂时间。此时VCC从分压网络获得的供电被断开，由C_by-pass电容放电为VCC提供能量，VCC由12V下降到8V。如图5所示。

④当按键3次时，主控开关S₀断开t₃时间。此时VCC从分压网络获得的供电被断开，由C_by-pass电容放电为VCC提供能量，VCC由12V下降到8V。如图6所示。

注：主控开关S₀断开时间t₁、t₂、t₃由C_by-pass电容充放电时间决定，即由C_by-pass电容的容值和PFC等效内阻决定。

表2U_ref选择模块工作说明

电路放电时，可知放电时间t(s)后电压U_C为：

U_C＝U₀·exp(-t/τ)(1)

其中U₀为放电前电容上的电压。电路的时间常数τ＝RC(2)

选取C_by-pass为0.1μF，PFC等效内阻为1MΩ。通过上面所述的式(1)、式(2)可计算出按键次数所需的放电时间，如表3所示。

表3按键次数对C_by-pass放电情况的影响

按键次数(S0)	VCC	闭合的开关	电容Cby-pass需要放电的时间t
				0	12V	S1	无
1	10V	S2	0.018s
				2	8V	S3	0.041s
3	6V	S4	0.069s

虽然附图和前述说明给出了本发明的实施例。但可以理解的是，本领域技术人员将理解可以将这种组件中的一个或多个组件很好地组合成单个功能组件。在替换方案中，特定的组件可以分成多个功能组件，或反之。同时，本发明的范围并不受这些特定实例的限制。多种变化都是可能的，例如结构等上的差异，而无论其是否在说明书中被清晰地给出。本发明的范围至少与所附权利要求给出的范围一样宽。

Claims (4)

1.一种基于Flyback架构的开关式LED照明调光方法，所述方法包括：

在PFC电源后端串联一个主控开关(S₀)，用于控制电路的能量传递；设定PFC内部的电压误差放大器正向输入端所接的参考电压(U_ref)是可变的；

当所述的参考电压(U_ref)变化时，就会使所述PFC的输出占空比发生改变，从而改变整体电路的输出电流大小，实现LED照明灯的调光。

2.根据权利要求1的基于Flyback架构的开关式LED照明调光方法，还包括在所述电路中并联接入一组模拟开关(S₁、S₂…S_n)，用来通过控制模拟开关的导通时序来得到不同的参考电压(U_ref)。

3.根据权利要求1或2的基于Flyback架构的开关式LED照明调光方法，还包括当按键次数不同时，所述PFC的电源电压(VCC)会不同，因此所述参考电压(U_ref)不同，从而在各比较器的结果输入到译码器内经运算后，输出高低电平来控制各模拟开关的导通与关断，以得到不同的参考电压(U_ref)。

4.根据权利要求上述权利要求之一的基于Flyback架构的开关式LED照明调光方法，其中所述PFC电源电压正常工作范围为4V到12V。

Images