CN103687160A - Led驱动器的通用型调光控制装置 - Google Patents

Abstract

一种LED驱动器的通用型调光控制装置，包含一个电源供给单元、一个高电平限制单元、一个低电平限制单元，及一个调光控制单元。该高电平限制单元可根据输入的调光讯号的变化，而对应输出一个第一电平电压。该低电平限制单元可被该第一电平电压驱动导通，而对应输出一个第二电平电压。该调光控制单元可对应该第二电平电压输出一个用于驱使该LED驱动器调变LED亮度的直流控制电平电压。通过上述设计，使得本发明通用型调光装置可适用于多种LED驱动器，且能够供自由选择以电阻讯号、直流电讯号与脉宽调变讯号作为调光讯号源，而更具有市场竞争优势。

Description

LED驱动器的通用型调光控制装置

技术领域

本发明涉及一种调光控制装置，特别是涉及一种用于LED驱动器的调光控制装置。

背景技术

现有LED驱动电路的调光方式大致分为一次侧调光与二次侧调光。关于一次侧调光，最常被使用的是Triac调光，此调光方式过去主要应用在钨丝灯泡，目前也被广泛应用在LED灯上，其动作原理是利用改变输入电压的导通角，用于改变输出电流，此种一次侧调光器的优点是架构简单、安装便利，缺点是各家调光器与LED驱动器间的匹配性不佳，容易导致LED灯闪烁，且效率低。

二次侧调光器中最常见的调光方式可分为直流电压讯号调光与脉宽调变讯号调光两种，而用于LED驱动器的调光设计有下列两种架构。

如图1所示，LED驱动器100的前级101为功率因数调整级，以反激式转换器（flyback converter）为主线路。后极102以DC/DC转换器103为主，调光功能由安装在DC/DC转换器103的一个整合型IC 200来处理。但是目前这种具调光功能的整合型IC 200都只适用于单一种调光讯号，例如脉宽调变讯号（pulse width modulation signal，PWM signal），或者是1-10V直流电讯号（Vdc signal），无法通用于各种调光讯号，所以一旦使用者想要采用不同类型的调光讯号源时，势必得要拆换该整合型IC 200，相当不便。

图2所示，LED驱动器100的前级101以降压转换或升压转换，及功因修正为主，后级102为DC/DC转换，以反激式转换器（flybackconverter）为主，调光功能由安装于后极102的调光控制器201来达成，该调光控制器201主要是通过比较器（图未示）与放大器（图未示）对调光讯号修正后，再输出改变LED驱动器100的反馈状态来达到调光的效果。此调光方式因各家设计不同，能接收的调光讯号只可以是脉宽调变讯号、直流电讯号或电阻讯号，该调光控制器201同样无法同时通用于脉宽调变讯号、直流电讯号或电阻讯号等调光讯号源，所以这类调光控制器201的适用性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于驱使LED驱动器进行LED调光，且适用于以脉宽调变讯号、直流电讯号与电阻讯号作为调光讯号源的通用型调光控制装置。

本发明LED驱动器的通用型调光控制装置，适用于安装在一个用于驱动LED发光的LED驱动器上，供输入一个调光讯号，且能够依据该调光讯号变化，而对应驱使该LED驱动器调变受控的LED亮度，该调光讯号是选自于电阻讯号、直流电讯号，及脉宽调变讯号其中任一种，该通用型调光控制装置包含一个提供一直流电输出的电源供给单元、一个高电平限制单元、一个低电平限制单元，及一个调光控制单元。

该高电平限制单元是电连接于该电源供给单元输出端，并具有两个能够供输入所述调光讯号的调光讯号端，且能够根据该调光讯号变化而对应输出一个第一电平电压。该低电平限制单元是电连接于该电源供给单元输出端与该高电平限制单元间，并能够于输入的该第一电平电压大于一个阀值时被驱动导通，而对应输出一个第二电平电压。该调光控制单元是电连接于该低电平限制单元，并用于和该LED驱动器电连接，包括一个能够对该第二电平电压滤波处理而对应输出一个用于驱使该LED驱动器调变所述LED亮度的直流控制电平电压的低通滤波电路。

本发明的LED驱动器的通用型调光控制装置，该调光控制单元包括一个电连接于该低电平限制单元输出端与该低通滤波电路间，并能够将该第二电平电压分压处理后输出至该低通滤波电路的分压电路。

本发明的LED驱动器的通用型调光控制装置，该低电平限制单元包括一个以其阴极电连接于该分压电路并能够被驱动导通而输出该第二电平电压至该分压电路的二极管，及一个具有一个第一端、一个第二端与一个控制端的开关元件，该第一端电连接于该电源供给单元输出端，该第二端电连接于该二极管的阳极，该控制端电连接于该高电平限制单元的第一电平电压输出端，该开关元件的控制端能够被该第一电平电压驱动而导通其第一端与第二端，而驱使该二极管导通并输出该第二电平电压。

本发明的LED驱动器的通用型调光控制装置，该开关元件为npn双极结型晶体管，该第一端为集极，该第二端为射极，该控制端为基极。

本发明的LED驱动器的通用型调光控制装置，该高电平限制单元包括一个电连接于该电源供给单元输出端与该开关元件的控制端间的第二电阻，及一个电连接于该控制端且接地的稳压电路。

本发明的LED驱动器的通用型调光控制装置，该稳压电路包括一个以其阴极电连接于该控制端而以其阳极接地的稽纳二极管（Zener diode），所述调光讯号端分别电连接于该稽纳二极管的阴极与阳极。

本发明的LED驱动器的通用型调光控制装置，该稳压电路包括一个第三电阻、一个第四电阻与一个可调式精密并联稳压器，该可调式精密并联稳压器具有一个电连接于该控制端的阴极、一个接地的阳极，及一个参考极，该第三电阻电连接于该可调式精密并联稳压器的阴极与参考极间，该第四电阻电连接于可调式精密并联稳压器的参考极与阳极间。

本发明的LED驱动器的通用型调光控制装置，该可调式精密并联稳压器为TL431。

本发明的LED驱动器的通用型调光控制装置，该电源供给单元包括一个用于出直流电的供电元件、一个电连接于该供电元件的正极与该开关元件的第一端间的第一电阻，及一个电连接于该供电元件的负极与该第一电阻间的稳压元件。

本发明的LED驱动器的通用型调光控制装置，该稳压元件为稽纳二极管，并以其阴极电连接于该开关元件的第一端，而以其阳极电连接于该供电元件的负极并接地。

本发明的有益效果在于：通过该高电平限制单元、低电平限制单元与调光控制单元的设计，除了使得本发明通用型调光装置可适用于多种LED驱动器外，在调光讯号的选择上，还能够供自由选择以电阻讯号、直流电讯号与脉宽调变讯号作为调光讯号源，而更具有市场竞争优势。

附图说明

图1现有LED驱动器的调光控制设计的功能方块图；

图2是另外一种现有LED驱动器的调光控制设计的功能方块图；

图3是本发明LED驱动器的通用型调光控制装置的第一个较佳实施例搭配安装在一个LED驱动器的功能方块图；

图4是该第一个较佳实施例以电阻讯号为调光讯号源时的电路图；

图5是该第一个较佳实施例以直流电讯号为调光讯号源的电路图；

图6是该第一个较佳实施例以脉宽调变讯号为调光讯号源的电路图；

图7是本发明LED驱动器的通用型调光控制装置的第二较佳实施例的电路图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

在本发明被详细描述前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。

如图3、4所示，本发明LED驱动器的通用型调光控制装置的第一个较佳实施例，适用于电连接安装在一个LED驱动器9上，而用于驱使该LED驱动器9调变受控的LED 800的亮度，且该通用型调光控制装置可供任意选择电连接安装一个可变电阻、一个直流电压源与一个脉宽调变器的其中一个，而可选择以电阻讯号(resistorsignal)、直流电讯号（Vdc signal）与脉宽调变讯号（PWM signal）的其中一种作为调光讯号源。

所述LED驱动器9包括一个电连接于一个交流电源900的电磁滤波电路（EMI unit）901、一个桥式整流单元902、一个变压器（transformer）903、一个电连接于该变压器903二次侧且用于驱动LED 800的输出整流单元904、一个电连接于该输出整流单元904输出端的定电流/定电压控制单元（CC/CV controller unit）905、一个电连接于该定电流/定电压控制单元905输出端的反馈单元906，及一个电连接于该反馈单元906输出端与该变压器903一次侧的功率因数调整/脉波宽度调整控制单元（PFC/PWM controller unit）907。本发明通用型调光控制装置是电连接于该定电流/定电压控制单元905，可用于控制该定电流/定电压控制单元905输出的反馈电流大小，进而达到驱使该LED驱动器9调变LED 800亮度的目的。

该通用型调光控制装置包含一个电源供给单元3、一个电连接于该电源供给单元3输出端的低电平限制单元5、一个电连接于该电源供给单元3输出端与该低电平限制单元5间且用于输入所述调光讯号的高电平限制单元4，及一个电连接于该低电平限制单元5输出端并用于电连接于该定电流/定电压控制单元905的调光控制单元6，且该通用型调光控制装置是直接自该LED驱动器9获取所需电源。

该电源供给单元3包括一个供电元件V_O、一个电连接于该供电元件V_O的正极与该低电平限制单元4和高电平限制单元5间的第一电阻R₁，及一个电连接于该供电元件V_O的负极与该第一电阻R₁间的稳压元件ZD₁。在本实施例中，该供电元件V_O为一个储能电容，可自该LED驱动器9获取电能，但是实施时，该供电元件V_O也可以是一个可独立供电的电池元件。该稳压元件ZD₁为稽纳二极管，其阴极是电连接于该第一电阻R₁，而以其阳极电连接于该供电元件V_O的负极并接地，且该稳压元件ZD₁是设计成在外加的可变电阻R_a的电阻变化范围内都处于导通状态。

该高电平限制单元4包括一个第二电阻R₂，及一个稳压电路41。该稳压电路41包括一个第三电阻R₃、一个第四电阻R₄，及一个可调式精密并联稳压器411。该可调式精密并联稳压器411具有一个阴极(-)、一个阳极(+)与一个参考极(ref)，且该阳极接地，在本实施例中，该可调式精密并联稳压器411为TL431。该第二电阻R₂是电连接于稳压元件ZD₁的阴极与该可调式精密并联稳压器411的阴极间，该第三电阻R₃是电连接于该可调式精密并联稳压器411的参考极与阴极间，该第四电阻R₄是电连接于该可调式精密并联稳压器411的参考极与阳极间。该稳压电路41还具有二分别电连接于该可调式精密并联稳压器411的阴极与阳极的调光讯号端Dim+、Dim-，调光讯号端Dim+、Dim-可供所述可变电阻、可调式直流电源或脉宽调变器跨接，以对应输入电阻讯号、直流电讯号与脉宽调变讯号，且该第三电阻R₃与第四电阻R₄的阻值远大于该可变电阻R_a的阻值。

该低电平限制单元5包括一个二极管D₁与一个开关元件Q₁。该二极管D₁是以其阴极电连接于该调光控制单元6，该开关元件Q1具有一个电连接于该稳压元件ZD₁的阴极的第一端、一个电连接于该二极管D₁的阳极的第二端，及一个电连接于该可调式精密并联稳压器411的阴极的控制端，本实施例中，该开关元件Q₁为npn型双极结型晶体管（Bipolar junction transistor，BJT），该第一端为集极(C)，该第二端为射极(E)，该控制端为基极(B)，可于该可调式精密并联稳压器411的阴极端的第一电平电压(V_dim)大于该控制端与第二端间的正向偏压(V_BE)时，导通该第一端与第二端，且当V_dim大于1V时，该二极管D₁也会导通，而对应输出一个第二电平电压V_D。也就是说，当V_dim大于开关元件Q₁与二极管D₁的正向偏压所构成的阀值时，该低电平限制单元5就会输出该第二电平电压V_D。

该调光控制单元6包括一个由电阻R₅与电阻R₆构成的分压电路，及一个由电阻R₅与电容C₁构成的低通滤波电路，可对该低电平限制单元5输出的第二电平电压V_D进行分压处理后，再滤波成一个直流控制电平电压（V_ctrl）输出，以调变该定电流/定电压控制单元905输出的反馈电流。

以下接着说明本发明通用型调光控制装置分别利用电阻讯号、直流电讯号与脉宽调变讯号等三种调光讯号，控制LED驱动器9调变LED 800亮度的功能。

功能说明一：以可变电阻Ra的电阻讯号作为调光讯号源。

在调光讯号端Dim+、Dim-间跨接一个可变电阻R_a，该可变电阻R_a的阻值远小于该第三电阻R₃与第四电阻R₄的阻值，该稳压元件ZD₁在可变电阻R_a的电阻调变范围内都处于导通状态。此时，第一电平电压V_dim如(式1)所示。

$V_{\dim }=V_{\mathrm{ZD}1}\×\frac{[R_a//(R_3+R_4)]}{R_2+[R_a//(R_3+R_4)]}$     （式1）

因为R_a远小于R₃与R₄，所以（式1）可等效为（式2）。

$V_{\dim }=V_{\mathrm{ZD}1}\×\frac{R_a}{R_2+R_a}$     (式2)

又因为该高电平限制单元4的稳压电路41是由可调式精密并联稳压器411所构成，利用该可调式精密并联稳压器411的电路特性，有效限制该V_dim的最大值，避免V_dim过大，如（式3）。

$V_{\dim }\≤2.5\×(1+\frac{R_3}{R_4})$     （式3）

当V_dim大于1V，而该低电平限制单元5导通时，输出的第二电平电压V_D如(式4)所示，而整个通用型调光控制装置输出用于驱动该LED驱动器的控制电平电压V_ctrl则如（式5）所示。

V_D＝V_dim-V_BE-V_D1      (式4)

$V_{\mathrm{ctrl}}=(V_{\dim }-V_{\mathrm{BE}}-V_{D1})\×\frac{R_6}{R_5+R_6}$      （式5）

又因 $V_{\mathrm{BE}}+V_{D1}\≅1V$      （式6）

将（式2）、（式6）带入（式5），可得（式7）。

$V_{\mathrm{ctrl}}\≅(V_{\mathrm{ZD}1}\×\frac{R_a}{R_2+R_a}-1)\×\frac{R_6}{R_5+R_6}$     （式7）

由于R₂、R₅、R₆与V_ZD1都为定值，所以V_ctrl电平会随R_a的调变而改变，进而改变该定电流/定电压控制单元905输出的反馈电流大小，而达到调光的目的。

功能说明二：以可调式直流电压源V_dc的电源讯号作为调光讯号。

如图3、5所示，本发明采用的可调式直流电压源V_dc的电压范围介于1-10V，此时，根据该可调式精密并联稳压器411的电路特性，该第一电平电压V_dim如（式8）所示。

$V_{\dim }=V_{\mathrm{dc}}\≤2.5\×(1+\frac{R_3}{R_4})$       （式8）

进一步将（式8）、（式6）带入（式5）中，可推得（式9），V_ctrl电平会随V_dc线性变化，且当V_dc大于1V的阀值，就可驱使该LED驱动器9进行调光，所以可通过改变该可调式直流电压源V_dc的电压值来进行调光。

$V_{\mathrm{ctrl}}\≅(V_{\mathrm{dc}}-1)\×\frac{R_6}{R_5+R_6}$      （式9）

功能说明三：脉宽调变讯号V_PWM作为调光讯号源。

如图3、6所示，脉宽调变讯号V_PWM的占空比（duty cycle）为D，振幅为V_PWM,amp，周期为T_s。其中，跨过该二极管D₁的第二电平电压V_D如（式10），而因V_D为脉宽调变讯号，所以V_D的平均值如（式11）。

V_D=V_PWM-V_BE-V_D1                                （式10）

V_D,amp×D=(V_PWM,amp-V_BE-V_D1)×D                 （式11）

此外，第二电平电压V_D会被该调光控制单元6的低通滤波电路滤波产生一个直流控制电平电压V_ctrl，且V_ctrl为V_D的平均值，所以V_ctrl如（式12）所示。进一步将（式6）与（式11）带入（式12），就可获得如（式13）所示的V_ctrl。

$V_{\mathrm{ctrl}}=\frac{V_{D,\mathrm{amp}}\×D\×T_s}{T_s}=V_{D,\mathrm{amp}}\×D$      （式12）

V_ctrl＝(V_PWM,amp-1)×D    （式13）

根据（式12），因为V_PWM,amp为定值，所以V_ctrl会随着脉宽调变讯号的占空比大小而改变，所以通过调整脉宽调变讯号的占空比大小的方式，同样可达到调光的目的。

根据上述三种调光功能说明可知，本发明通用型调光控制装置能够适用于以电阻讯号、直流电讯号与脉宽调变讯号任一种作为调光讯号源，而具有精准的调光功能，且整体电路设计相当简单，所以使用者可根据使用上的需求，任意选择其中一种调光讯号源，不必再为了更改调光讯号源而拆换掉调光装置，相较于现有调光装置更具有市场竞争力。

此外，当使用者不再需要驱使该LED驱动器9进行LED调光时，使用者也不需将该通用型调光控制装置拆除，只需中断调光讯号端Dim+、Dim-的电阻讯号、直流电讯号或脉宽调变讯号的输入，此方式并不会影响该LED驱动器9的正常运作，而可方便日后再重新启用该通用型调光控制装置的调光功能。

再者，必须说明的是，本发明通用型调光控制装置除了可应用于图3所示的LED驱动器9架构外，还可适用于其它具有定电流控制设计的单级式或双级式架构的LED驱动器，例如图1与图2所示的两种双级式LED驱动器架构。

如图7所示，本发明LED驱动器的通用型调光控制装置的第二较佳实施例与第一个实施例的差异，只在于：该高电平限制单元4的稳压电路41设计。为方便说明，以下只就本实施例与第一个实施例差异处进行描述。

该高电平限制单元4的稳压电路41包括一个稽纳二极管ZD₂，该稽纳二极管ZD₂是以其阴极电连接于该第二电阻R₂与该开关元件Q₁的控制端，而以其阳极接地，调光讯号端Dim+、Dim-是分别电连接于该稽纳二极管ZD₂的阴极与阳极。通过该稽纳二极管ZD₂的特性，将V_dim的最大值限制在小于等于该稽纳二极管ZD₂的反向导通电压。

当调光讯号端跨接一个可变电阻R_a时，V_dim与V_ctrl分别如前述（式2）与（式7）所示，Vctrl电平同样会随该可变电阻R_a的调变而改变，进而达到驱使该LED驱动器调变LED亮度。

当调光讯号端Dim+、Dim-跨接一个直流电源V_dc时，第一电平电压V_dim会等于V_dc，所以V_dim如（式14）所示，可进一步推得V_ctrl如前述（式9）的结果。因此，V_ctrl同样会随着V_dc变化而线性变化，进而使该LED驱动器可随V_dc变化而对应调整LED的亮度。

V_dim=V_dc≤V_ZD2       （式14）

当调光讯号端Dim+、Dim-跨接一个脉宽调变讯号V_PWM时，跨过二极管D₁的电压V_D与前述（式10）相同，所以可进一步推得前述（式13）的V_ctrl。所以该V_ctrl同样会随着脉宽变讯号的占空比大小而改变，而同样可驱使该LED驱动器调变LED亮度。

本实施例的通用型调光控制装置同样可适用于各种采用定电流控制设计的LED驱动器。

综上所述，通过该高电平限制单元4、低电平限制单元6与调光控制单元6的设计，除了使得本发明通用型调光装置可适用于多种LED驱动器9外，在调光讯号的选择上，还能够供自由选择以电阻讯号、直流电讯号与脉宽调变讯号作为调光讯号源，且能够精准的调光，而具有广大应用范围，且整体电路设计相当简单，易于制造且成本低，而更具有市场竞争优势。因此，确实可达到本发明的目的。

Claims (10)

1.一种LED驱动器的通用型调光控制装置，适用于安装在一个用于驱动LED发光的LED驱动器上，供输入一个调光讯号，且能够依据该调光讯号变化，而对应驱使该LED驱动器调变受控的LED亮度，该调光讯号是选自于电阻讯号、直流电讯号，及脉宽调变讯号其中任一种，该通用型调光控制装置包含一个提供一直流电输出的电源供给单元，其特征在于：该通用型调光控制装置还包含一个电连接于该电源供给单元输出端的高电平限制单元、一个电连接于该电源供给单元输出端与该高电平限制单元间的低电平限制单元，及一个电连接于该低电平限制单元并用于和该LED驱动器电连接的调光控制单元，该高电平限制单元具有两个能够供输入所述调光讯号的调光讯号端，且能够根据该调光讯号变化而对应输出一个第一电平电压，该低电平限制单元能够于该第一电平电压大于一个阀值时被驱动导通，而对应输出一个第二电平电压，该调光控制单元包括一个能够对该第二电平电压滤波处理而对应输出一个用于驱使该LED驱动器调变所述LED亮度的直流控制电平电压的低通滤波电路。

2.根据权利要求1所述的LED驱动器的通用型调光控制装置，其特征在于：该调光控制单元还包括一个电连接于该低电平限制单元输出端与该低通滤波电路间，并能够将该第二电平电压分压处理后输出至该低通滤波电路的分压电路。

3.根据权利要求2所述的LED驱动器的通用型调光控制装置，其特征在于：该低电平限制单元包括一个以其阴极电连接于该分压电路并能够被驱动导通而输出该第二电平电压至该分压电路的二极管，及一个具有一个第一端、一个第二端与一个控制端的开关元件，该第一端电连接于该电源供给单元输出端，该第二端电连接于该二极管的阳极，该控制端电连接于该高电平限制单元的第一电平电压输出端，该开关元件的控制端能够被该第一电平电压驱动而导通其第一端与第二端，而驱使该二极管导通并输出该第二电平电压。

4.根据权利要求3所述的LED驱动器的通用型调光控制装置，其特征在于：该开关元件为npn双极结型晶体管，该第一端为集极，该第二端为射极，该控制端为基极。

5.根据权利要求3所述的LED驱动器的通用型调光控制装置，其特征在于：该高电平限制单元包括一个电连接于该电源供给单元输出端与该开关元件的控制端间的第二电阻，及一个电连接于该控制端且接地的稳压电路。

6.根据权利要求5所述的LED驱动器的通用型调光控制装置，其特征在于：该稳压电路包括一个以其阴极电连接于该控制端而以其阳极接地的稽纳二极管，所述调光讯号端分别电连接于该稽纳二极管的阴极与阳极。

7.根据权利要求5所述的LED驱动器的通用型调光控制装置，其特征在于：该稳压电路包括一个第三电阻、一个第四电阻与一个可调式精密并联稳压器，该可调式精密并联稳压器具有一个电连接于该控制端的阴极、一个接地的阳极，及一个参考极，该第三电阻电连接于该可调式精密并联稳压器的阴极与参考极间，该第四电阻电连接于可调式精密并联稳压器的参考极与阳极间。

8.根据权利要求7所述的LED驱动器的通用型调光控制装置，其特征在于：该可调式精密并联稳压器为TL431。

9.根据权利要求6或7所述的LED驱动器的通用型调光控制装置，其特征在于：该电源供给单元包括一个用于出直流电的供电元件、一个电连接于该供电元件的正极与该开关元件的第一端间的第一电阻，及一个电连接于该供电元件的负极与该第一电阻间的稳压元件。

10.根据权利要求9所述的LED驱动器的通用型调光控制装置，其特征在于：该稳压元件为稽纳二极管，并以其阴极电连接于该开关元件的第一端，而以其阳极电连接于该供电元件的负极并接地。

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