CN102612229A - Led调光装置和led调光驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LED调光装置和LED调光驱动电路。该LED调光装置连接LED驱动电路。所述LED调光装置包括：调光动作模块，用于产生调光动作信号；调光动作检测模块，用于基于所述调光动作信号产生调光指令电压；调光动作判断模块，用于基于所述调光指令电压生成调光状态改变信号或重置信号；调光状态控制模块，用于基于所述调光状态改变信号生成控制LED电流大小的LED电流控制信号或基于所述重置信号清空存储的调光状态信息。实施本发明的LED调光装置和LED调光驱动电路，不会对输入电流的正弦波形产生影响，因此可以获得较高的功率因数和工作效率，并且谐波系数和干扰信号均较小。

Description

LED调光装置和LED调光驱动电路
技术领域
本发明涉及发光二极管(Low Emitting Diode，LED)照明领域，更具体地说，涉及一种LED调光装置和LED调光驱动电路。
背景技术
普通的白炽灯和卤素灯通常采用可控硅调光器进行调光。可控硅调光器通过改变交流电的导通角来改变电流的有效值，从而达到调光的目的。
图1示出了现有技术的可控硅调光器227。在图1所示出的可控硅调光器227中，由电阻222、可调电阻223和电容225组成的RC网络对可控硅器件226的导通产生延时作用，直到电容225充电且两端电压Vtriac达到可控硅器件226的导通触发电压，可控硅器件226导通，整个电路导通工作。其理想工作波形如图2所示，在t0到t1时刻，可控硅器件226未触发导通，相当于断路，负载221两端电压为0。当电容225的电压充电到一定值(t1时刻)，可控硅器件226触发导通，可视为短路，负载221两端电压等于Vac。在从t0到t2的半个周期内，t1到t2为其导通时段，调节可调电阻223，即可以改变导通时段的大小，从而达到调光的目的。
该现有技术的采用可控硅调光器调光的方法只需要在电路中串联加入一个调光器227，不需要加入其它线路和元件，电路非常简单易实现。而且对于白炽灯、卤素灯等纯阻性发光器，直接改变导通角并不会对PF值产生不良影响。因此，可控硅调光在白炽灯照明中得到了广泛的应用。
图3是现有技术的LED驱动电路的电路原理图。如图3所示，LED驱动芯片215通过CS端检测初级电流信息，并通过次级电流采样模块237，将该初级电流信息转换成与次级电流成正比的电压Vfb。通过负反馈回路钳位，使Vfb电压与参考电压Vref相等，进而达到恒流LED驱动的功能。所以，从一定程度上说，Vref的大小决定了LED电流的亮度。
为了兼容已有的照明应用环境，有很多的LED照明沿用了可控硅调光器进行调光，然而在LED照明中，采用可控硅调光器进行调光存在一系列问题，
1、用可控硅调光器进行调光破坏了输入电流的正弦波形，降低了功率因数，通常使用可控硅调光器进行调光的LED驱动电路的PF值低于0.5，而且导通角越小，功率因数越差；
2、非正弦的波形在降低功率因数的同时，也加大了谐波系数；
3、非正弦的波形会在线路上产生严重的干扰信号；
4、可控硅调光在对LED这样的低负载时很容易不稳定，为此必须加上一个泄流电阻，而这个泄流电阻要消耗额外的功率，降低了效率。
因此，需要一种能兼容已有照明应用环境，且同时具有高性能的LED调光装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的采用可控硅调光器进行调光破坏了输入电流的正弦波形，降低了功率因数和效率，加大了谐波系数且产生严重的干扰信号的缺陷，提供一种能兼容已有照明应用环境，且同时具有高性能的LED调光装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种LED调光装置，所述LED调光装置连接LED驱动电路，所述LED调光装置包括：
调光动作模块，用于产生调光动作信号；
调光动作检测模块，用于基于所述调光动作信号产生调光指令电压；
调光动作判断模块，用于基于所述调光指令电压生成调光状态改变信号或重置信号；
调光状态控制模块，用于基于所述调光状态改变信号生成控制LED电流大小的LED电流控制信号或基于所述重置信号清空存储的调光状态信息。
在本发明所述的LED调光装置中，所述LED调光装置进一步包括数模转换器，用于将所述调光状态控制模块生成的数字LED电流控制信号转换成模拟LED电流控制信号。
在本发明所述的LED调光装置中，所述调光动作模块复用所述LED驱动电路的输入开关。
在本发明所述的LED调光装置中，所述输入开关连接到所述LED驱动电路的交流电压输入端与整流模块之间。
在本发明所述的LED调光装置中，所述调光动作检测模块复用所述LED驱动电路的采样模块。
在本发明所述的LED调光装置中，所述采样模块包括第一采样电阻，第二采样电阻和采样电容，其中所述第一采样电阻和所述第二采样电阻串联到整流模块的输出端和地之间，所述第一采样电阻和所述第二采样电阻的连接点输出所述调光指令电压，所述采样电容连接到所述连接点和地之间。
在本发明所述的LED调光装置中，所述调光动作判断模块包括：
比较器，所述比较器的正相输入端连接参考电压，所述比较器的反相输入端连接所述调光动作检测模块；
振荡器，用于生成计时脉冲；
与门，所述与门的第一输入端连接所述振荡器，所述与门的第二输入端连接所述比较器的输出端；
计数器，所述计数器的计数端连接到所述与门的输出端，所述计数器的重置端连接所述比较器的输出端，所述计数器的输出端输出所述重置信号；
反相器，所述反相器的输入端连接所述比较器的输出端，所述反相器的输出端输出所述调光状态改变信号。
本发明解决其技术问题采用的另一技术方案是，构造一种LED调光驱动电路，包括LED驱动电路和连接所述LED驱动电路的LED调光装置，所述LED调光装置包括：
调光动作模块，用于产生调光动作信号；
调光动作检测模块，用于基于所述调光动作信号产生调光指令电压；
调光动作判断模块，用于基于所述调光指令电压生成调光状态改变信号或重置信号；
调光状态控制模块，用于基于所述调光状态改变信号生成控制LED电流大小的LED电流控制信号或基于所述重置信号清空存储的调光状态信息。
在本发明所述的LED调光驱动电路中，所述调光动作模块复用所述LED驱动电路的输入开关，和/或所述调光动作检测模块复用所述LED驱动电路的采样模块。
在本发明所述的LED调光驱动电路中，所述调光动作判断模块包括：
比较器，所述比较器的正相输入端连接参考电压，所述比较器的反相输入端连接所述调光动作检测模块；
振荡器，用于生成计时脉冲；
与门，所述与门的第一输入端连接所述振荡器，所述与门的第二输入端连接所述比较器的输出端；
计数器，所述计数器的计数端连接到所述与门的输出端，所述计数器的重置端连接所述比较器的输出端，所述计数器的输出端输出所述重置信号；
反相器，所述反相器的输入端连接所述比较器的输出端，所述反相器的输出端输出所述调光状态改变信号。
实施本发明的LED调光装置和LED调光驱动电路，不会对输入电流的正弦波形产生影响，因此可以获得较高的功率因数和工作效率，并且谐波系数和干扰信号均较小。更进一步地，由于采用了LED驱动电路中的开关和采样模块，可以利用普通的开关实现调光，无需改变现有外围电路，电路简单且易推广。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是现有技术的可控硅调光器的电路原理图；
图2是图1的可控硅调光器的典型工作波形图；
图3是现有技术的LED驱动电路的电路原理图；
图4是根据本发明的第一实施例的LED调光装置的原理框图；
图5是根据本发明的第二实施例的LED调光装置的原理框图；
图6是根据图5示出的LED调光装置的调光动作判断模块的实施例的电路原理图；
图7是图6示出的调光动作判断模块的理想工作波形图；
图8是根据图5示出的LED调光装置的调光状态控制模块的第一实施例的电路原理图；
图9是图8示出的调光状态控制模块的理想工作波形图；
图10是根据图5示出的LED调光装置的调光状态控制模块的第二实施例的电路原理图；
图11是图10示出的调光状态控制模块的理想工作波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不是用于限定本发明。
图4是根据本发明的实施例的LED调光装置的原理框图。如图4所示，本发明的LED调光装置包括调光动作模块310、调光动作检测模块233、调光动作判断模块205和调光状态控制模块206。该LED调光装置耦连到LED驱动电路的LED驱动芯片215中。在本发明中，该调光动作模块310用于产生调光动作信号。本领域技术人员知悉，该调光动作模块310可以是本领域中任何已知的触发模块，比如开关、按键，按钮等等。在本发明的一个优选实施例中，可将LED驱动电路的开关201复用为调光动作模块310。该调光动作检测模块233从该调光动作模块310接收该调光动作信号且用于基于所述调光动作信号产生调光指令电压。本领域技术人员知悉，该调光动作检测模块233可以是任何可以接收该调光动作信号，并产生相关电压信号的电路、模块或者芯片。在本发明的一个优选实施例中，可将LED驱动电路的采样模块232复用为调光动作检测模块233。该调光动作判断模块205从该调光动作检测模块233接收该调光指令电压，并基于所述调光指令电压生成调光状态改变信号或重置信号。本领域技术人员知悉，该调光动作判断模块205可以是任何基于特定电压产生不同状态的信号的信号产生单元。基于本发明的教导，本领域技术人员能够构造出这样的调光动作判断模块。调光状态控制模块206可从该调光动作判断模块205分别接收调光状态改变信号或重置信号。当接收到调光状态改变信号时，该调光状态控制模块206生成控制LED电流大小的LED电流控制信号。当接收到重置信号时，该调光状态控制模块206清空存储的调光状态信息。在本发明的一个实施例中，该调光状态控制模块206直接生成控制LED电流大小的LED模拟电流信号。在本发明的另一实施例中，该调光状态控制模块206只能生成控制LED电流大小的LED数字电流信号。因此，在该实施例中，LED调光装置还包括数模转换器，用于将所述调光状态控制模块206生成的数字LED电流控制信号转换成模拟LED电流控制信号。该模拟LED电流控制信号经LED驱动芯片215中的误差放大器241、次级电流采样模块237、开关管210控制流经LED的电流。
实施本发明的LED调光装置，不会对输入电流的正弦波形产生影响，因此可以获得较高的功率因数和工作效率，并且谐波系数和干扰信号均较小。
图5是根据本发明的第二实施例的LED调光装置的原理框图。如图6所示，该LED调光装置耦连到LED驱动电路的LED驱动芯片215中。在本实施例中，本发明的LED调光装置包括调光动作模块310、调光动作检测模块233、调光动作判断模块205和调光状态控制模块206。在本实施例中，将LED驱动电路的开关201复用为调光动作模块310，将采样模块232复用为调光动作检测模块233。如图5所示，该开关201连接到所述LED驱动电路的交流电压输入端与整流模块209之间。该采样模块232包括第一采样电阻，第二采样电阻和采样电容。所述第一采样电阻和所述第二采样电阻的连接点G输出采样电压Vmult。当开关201开启或关闭时，采样模块232中的连接点G输出的采样电压Vmult发生变化。调光动作判断模块205根据该采样电压Vmult判断开关201的动作是调光还是关闭。如果是调光，则调光动作判断模块205生成调光状态改变信号。如果是关闭，则光动作判断模块205生成重置信号。调光状态控制模块206可从该调光动作判断模块205分别接收调光状态改变信号或重置信号。当接收到调光状态改变信号时，该调光状态控制模块206生成控制LED电流大小的LED数字电流信号。数模转换器207接收该LED数字电流信号，并将其转换成模拟LED电流控制信号。当接收到重置信号时，该调光状态控制模块206清空存储的调光状态信息。
实施本发明的LED调光装置，不会对输入电流的正弦波形产生影响，因此可以获得较高的功率因数和工作效率，并且谐波系数和干扰信号均较小。更进一步地，由于采用了LED驱动电路中的开关和采样模块，降低了电路的复杂性和成本，可以在完全不增加外围电路的情况下实现调光。
图6是根据图5示出的LED调光装置的调光动作判断模块的电路原理图。如图6所示，所述调光动作判断模块包括比较器251、振荡器250、与门252、计数器254和反相器253。如图6所示，所述比较器251的正相输入端连接参考电压Vref。所述比较器的反相输入端连接采样模块232以接收采样电压Vmult。所述比较器251的输出端连接到与门252的第一输入端，输出比较结果。同时所述比较器251的输出端连接到反相器235的输入端和计数器254的重置端RST。该反相器的输出端输出所述调光状态改变信号Dim_CLK。振荡器250将生成计时脉冲输出到与门252的第二输入端。与门的输出端连接到计数器254的计数端CLK。计数器254的输出端输出重置信号RESET。当接收到调光状态改变信号Dim_CLK时，该调光状态控制模块206生成控制LED电流大小的LED数字电流信号。当接收到重置信号RESET时，该调光状态控制模块206清空存储的调光状态信息。
下面结合图6和图5对本发明的LED调光装置的工作原理进行描述。如图5所示，复用开关201作为调光动作模块310，并复用采样模块232实现调光动作检测模块233的功能。当开关201断开，采样模块232中G点的电压Vmult迅速下降，调光动作判断模块205根据这个信号的变化来判断开关动作的类型。
调光动作判断模块205的实施例如图6所示。通过采样模块232的G点电压Vmult来检测开关201。如果开关201相继断开、闭合的时间间隔小于一个固定时间Δt，判断该次动作为一次调光动作。调光动作判断模块205的调光状态改变信号Dim_CLK输出一个电压上升沿。如果开关201相继断开、闭合的时间间隔大于Δt，判断该次动作为分开的断开、闭合动作，调光动作判断模块205输出一个重置信号RESET清空所记忆的调光信息，并重新开机启动。具体工作波形如图7所示。在t1时刻，开关201断开，采样模块232的G点电压Vmult开始放电下降，至t2时刻，该G点电压Vmult下降至小于Vref1。比较器250的输出电压V1从低跳高。输出电压V1的上升沿重启计数器254，使其归零并开始计数。同时输出电压V1的高电平信号使振荡器250产生的计时脉冲输入至计数器254的计数端CLK，计数器254开始对CLK脉冲进行计数。在t3时刻，开关201闭合。采样模块232的G点电压Vmult上升，比较器250的输出电压V1回到低电位，计数器254的计数端CLK无脉冲到达，计数停止。调光动作判断模块205的调光状态改变信号Dim_CLK输出一个电压上升沿表示触发了调光动作。此时距t1时刻的时间间隔小于Δt。在t4时刻开关201第二次断开，这次断开时间间隔超过Δt，在断开时间达到Δt时，计数器254输出RESET信号用于清空所记忆的调光信息。
图8是根据图5示出的LED调光装置的调光状态控制模块的第一实施例的电路原理图。在该实施例中，通过调光模式控制模块261来实现图5中调光状态控制模块206的功能，其典型工作波形如图9所示。在该实施例中，调光模式控制模块261检测到调光状态改变信号Dim_CLK的一个上升沿，则开启调光模式。在调光模式中，调光模式控制模块261输出的状态信号DIM[N:0]不断循环变化，DIM[N:0]经过后续的DAC转换器207，转换成相应的Vref输出来改变LED的亮度。在调光模式过程中，检测到调光状态改变信号Dim_CLK的一个上升沿，则选定当前的Vref值并退出调光模式。图9中以N＝2为例进行说明，在实际应用上，根据不同的应用需求，N可以取任意数。理论上，调光可以达到任意精度。
图10是根据图5示出的LED调光装置的调光状态控制模块的第二实施例的电路原理图。在该实施例中，通过一个计数器262来实现图5中调光状态控制模块206的功能。在该实施例中，计数器262检测到调光状态改变信号Dim_CLK信号的一个上升沿，则输出加1。不同的输出值经过后续的DAC转换器207，对应输出不同的Vref值，即对应不同的LED亮度。同样，以N＝2为例，该实施例的典型工作波形如图11所示。每检测到一个调光状态改变信号Dim_CLK信号的上升沿，则DIM[1:0]增加1，所以开关每迅速断开闭合一次，LED亮度相应改变一次。
实施本发明的LED调光装置，不会对输入电流的正弦波形产生影响，因此可以获得较高的功率因数和工作效率，并且谐波系数和干扰信号均较小。更进一步地，由于采用了LED驱动电路中的开关和采样模块，可以利用普通的开关实现调光，无需改变现有外围电路，电路简单且易推广。
本发明还公开了一种LED调光驱动电路，其包括LED驱动电路和上述任意一种的LED调光装置。实际上，图4和图5已经公开了这样一种调光驱动电路，其包括了LED驱动电路，以及与耦连到该LED驱动电路中的LED调光装置。基于本发明的教导，本领域技术人员完全能够实现这样一种调光驱动电路，在此就不再累述了。
根据本发明的教导，本领域的技术人员可以将本发明的各个实施例相互组合，以满足调光控制功能。虽然本发明是通过具体实施例来进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及同等替换。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例。

Claims (10)

1.一种LED调光装置，所述LED调光装置连接LED驱动电路，其特征在于，所述LED调光装置包括：
调光动作模块，用于产生调光动作信号；
调光动作检测模块，用于基于所述调光动作信号产生调光指令电压；
调光动作判断模块，用于基于所述调光指令电压生成调光状态改变信号或重置信号；
调光状态控制模块，用于基于所述调光状态改变信号生成控制LED电流大小的LED电流控制信号或基于所述重置信号清空存储的调光状态信息。
2.根据权利要求1所述的LED调光装置，其特征在于，所述LED调光装置进一步包括数模转换器，用于将所述调光状态控制模块生成的数字LED电流控制信号转换成模拟LED电流控制信号。
3.根据权利要求1所述的LED调光装置，其特征在于，所述调光动作模块复用 所述LED驱动电路的输入开关。
4.根据权利要求3所述的LED调光装置，其特征在于，所述输入开关连接到所述LED驱动电路的交流电压输入端与整流模块之间。
5.根据权利要求1所述的LED调光装置，其特征在于，所述调光动作检测模块复用所述LED驱动电路的采样模块。
6.根据权利要求5所述的LED调光装置，其特征在于，所述采样模块包括第一采样电阻，第二采样电阻和采样电容，其中所述第一采样电阻和所述第二采样电阻串联到整流模块的输出端和地之间，所述第一采样电阻和所述第二采样电阻的连接点输出所述调光指令电压，所述采样电容连接到所述连接点和地之间。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的LED调光装置，其特征在于，所述调光动作判断模块包括：
比较器，所述比较器的正相输入端连接参考电压，所述比较器的反相输入端连接所述调光动作检测模块；
振荡器，用于生成计时脉冲；
与门，所述与门的第一输入端连接所述振荡器，所述与门的第二输入端连接所述比较器的输出端；
计数器，所述计数器的计数端连接到所述与门的输出端，所述计数器的重置端连接所述比较器的输出端，所述计数器的输出端输出所述重置信号；
反相器，所述反相器的输入端连接所述比较器的输出端，所述反相器的输出端输出所述调光状态改变信号。
8.一种LED调光驱动电路，包括LED驱动电路和连接所述LED驱动电路的LED调光装置，其特征在于，所述LED调光装置包括：
调光动作模块，用于产生调光动作信号；
调光动作检测模块，用于基于所述调光动作信号产生调光指令电压；
调光动作判断模块，用于基于所述调光指令电压生成调光状态改变信号或重置信号；
调光状态控制模块，用于基于所述调光状态改变信号生成控制LED电流大小的LED电流控制信号或基于所述重置信号清空存储的调光状态信息。
9.根据权利要求8所述的LED调光驱动电路，其特征在于，所述调光动作模块复用所述LED驱动电路的输入开关，和/或所述调光动作检测模块复用所述LED驱动电路的采样模块。
10.根据权利要求8所述的LED调光驱动电路，其特征在于，所述调光动作判断模块包括：
比较器，所述比较器的正相输入端连接参考电压，所述比较器的反相输入端连接所述调光动作检测模块；
振荡器，用于生成计时脉冲；
与门，所述与门的第一输入端连接所述振荡器，所述与门的第二输入端连接所述比较器的输出端；
计数器，所述计数器的计数端连接到所述与门的输出端，所述计数器的重置端连接所述比较器的输出端，所述计数器的输出端输出所述重置信号；
反相器，所述反相器的输入端连接所述比较器的输出端，所述反相器的输出端输出所述调光状态改变信号。
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