CN103889114A - 一种led调光驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED调光驱动电路，包括交流输入开关、输入端与所述交流输入开关连接的整流滤波单元、用于为负载LED提供工作电压的电压转换单元、以及输入端与所述整流滤波单元连接的供电单元，所述供电单元用于输出工作电压，所述LED调光驱动电路还包括控制单元。本发明的LED调光驱动电路有益效果为：通过原边导通时间间接获取输入电压的信息，避免对开关关闭和闭合的时间间隔要求过高，同时提高了用户体验。

Description

一种LED调光驱动电路

技术领域

本发明涉及电力电子领域，更具体地说，涉及一种LED调光驱动电路。 

背景技术

现有技术通过增加可控硅调节开关，通过可控硅改变输入电压的导通角，控制芯片有一个专用的导通角检测脚位接受输入信号的变化以判断导通角的大小，再根据导通角的大小调节输出电流的大小，该方法需要增加可控硅器件，需对现有灯具的布线进行调整，控制信号需增加检测导通角的管脚，成本高；现有技术描述了一种低成本开关调光电路，利用了控制电路本身的Vcc电压的变化间接获取开关关闭和导通信号作为调光信号；当开关关闭，Vcc电压下降到Vstop，接下来开关闭合，Vcc电压上升到Von，该变化过程被电路检测并记录在内部状态机，控制逻辑根据该状态机的状态输出对应的电流；但是该方法对灯具开关关闭和开通的时间间隔要求较高，影响用户体验。如果时间间隔过短Vcc电压一直高于Vstop则不会产生power on信号，故无调光效果；如果时间间隔过长，Vcc电压低于Voff，内部状态机被清零，同样不能达到设计的调光效果。 

本发明通过原边导通时间间接获取输入电压的信息，当输入电压低于某一设定电压时即认为是输入调光信号，避免了现有技术对开关关闭和闭合的时间间隔要求过高的问题。通过本发明的调光技术，可以实现开关关闭到闭合的时 间间隔在某一设定时间(如1s)内即可以被认为一个有效的调光操作，取得较好的用户体验。 

发明内容

本发明针对现有技术中开关操作的时间间隔要求过高的缺陷，提供一种LED调光驱动电路。 

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：提供一种LED调光驱动电路，包括交流输入开关、输入端与所述交流输入开关连接的整流滤波单元、用于为负载LED提供工作电压的电压转换单元、以及输入端与所述整流滤波单元连接的供电单元，所述供电单元用于输出工作电压，所述LED调光驱动电路还包括控制单元； 

所述控制单元连接于所述供电单元和所述电压转化单元之间，其中，所述控制单元包括比较单元、处理单元、检测单元及输出单元；所述比较单元连接所述供电单元以接入所述工作电压，并将所述工作电压与预设的第一电压及预设的第二电压进行比较，所述比较单元的输出端连接所述处理单元；所述处理单元连接所述检测单元及所述输出单元，所述处理单元根据所述工作电压与所述第一电压的比较结果控制所述检测单元进行时间检测，当所述时间达到预设的阈值时，所述处理单元控制所述LED调光驱动电路进入睡眠模式，在所述睡眠模式后，所述处理单元根据所述工作电压与所述第二电压的比较结果控制所述输出单元输出调光信号至所述电压转换单元。 

在本发明所述的LED调光驱动电路中，所述比较单元为滞回电压比较器，所述滞回电压比较器的同相输入端连接于所述供电单元以接入所述控制单元的工作电压，一个反相输入端输入第一电压，另一个反相输入端输入第二电压， 输出端连接所述处理单元，其中，所述第一电压大于所述第二电压。 

在本发明所述的LED调光驱动电路中，所述处理单元包括状态机和信号处理器；所述状态机连接所述比较单元及所述信号处理器，所述信号处理器连接所述检测单元及所述输出单元；所述状态机根据所述工作电压与所述第一电压的比较结果进入预设的第一状态，所述信号处理器根据所述第一状态控制所述检测单元进行时间检测，所述状态机根据所述工作电压与所述第二电压的比较结果进入预设的第二状态，所述信号处理器根据所述第二状态控制所述输出单元在所述睡眠模式时产生所述调光信号，并在所述睡眠模式后输出所述调光信号至所述电压转换单元。 

在本发明所述的LED调光驱动电路中，所述检测单元连接所述状态机及所述电压转换单元，所述检测单元进行所述时间检测且当所述时间达到所述阈值时，输出一睡眠信号至状态机，所述状态机进入睡眠状态，所述信号处理器根据所述睡眠状态控制所述LED调光驱动电路进入睡眠模式。 

在本发明所述的LED调光驱动电路中，所述输出单元包括逻辑电路、门极控制电路和CS电压比较器；所述信号处理器控制所述逻辑电路生成相应占空比的调光信号经所述门极控制电路后输出到所述电压转换单元；所述CS电压比较器的同相输入端连接于所述电压转换单元，反相输入端接入参考电压，输出端连接所述逻辑电路。 

在本发明所述的LED调光驱动电路中，所述输出单元包括逻辑电路、门极控制电路和CS电压比较器；所述信号处理器控制输出所述CS电压比较器的反相输入端的电压；所述CS电压比较器的同相输入端连接所述电压转换单元，输出端连接所述逻辑电路；所述逻辑电路根据输入所述CS电压比较器的两个电压的比较结果生成相应占空比的调光信号，并经所述门极控制电路后输 出到所述电压转换单元。 

在本发明所述的LED调光驱动电路中，所述调光信号生成模块包括逻辑电路、门极控制电路和CS电压比较器；所述信号处理模块分别与所述逻辑电路和所述CS电压比较器的反相输入端连接，所述CS电压比较器的同相输入端连接所述电压转换单元，输出端连接所述逻辑电路；所述信号处理模块控制所述逻辑电路和／或输出所述CS电压比较器的反相输入端的电压，以使所述逻辑电路生成相应占空比的调光信号，并经所述门极控制电路后输出到所述电压转换单元。 

在本发明所述的LED调光驱动电路中，所述整流滤波单元包括整流桥和第二电容，所述整流桥的输入端正极经所述交流输入开关接入交流电源，所述第二电容的正极连接在所述整流桥的输出端的正极，所述第二电容的负极连接整流桥的输出端的负极并接地。 

在本发明所述的LED调光驱动电路中，所述电压转换单元包括变压器、功率管以及连接于所述功率管和地之间的电流检测电阻；所述功率管根据所述控制单元输出的调光信号导通或者截止，以使变压器输出相应的电压到负载LED。 

在本发明所述的LED调光驱动电路中，所述供电单元包括启动电阻和第一电容；所述启动电阻一端连接所述整流滤波单元输出端正极，另一端连接所述第一电容的正极；所述第一电容的负极连接所述整流滤波单元输出端负极并接地。 

本发明的LED调光驱动电路具有以下有益效果：通过原边导通时间间接获取输入电压的信息，避免对开关关闭和闭合的时间间隔要求过高，同时提高了用户体验。 

附图说明

图1为本发明的LED调光驱动电路的功能框图； 

图2为本发明的LED调光驱动电路第一实施例的电路图； 

图3为本发明的整流滤波单元的输出电压Vin与控制单元的工作电压Vcc的关系图； 

图4为本发明的LED调光驱动电路第二实施例的电路图； 

图5为本发明的LED调光驱动电路第三实施例的电路图。 

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的解释说明。 

图1为本发明的LED调光驱动电路100的功能框图，如图1所示，本发明的LED调光驱动电路100包括交流输入开关110、整流滤波单元120、电压转换单元130、供电单元140以及控制单元150。其中，整流滤波单元120的输入端经交流输入开关110接入交流电源Vac。供电单元140连接于整流滤波单元120的输出端和控制单元150之间，用于为控制单元150提供工作电压。控制单元包括比较单元151、处理单元152、检测单元153及输出单元154；比较单元151连接供电单元140以接入工作电压，并将工作电压与预设的第一电压及预设的第二电压进行比较，比较单元151的输出端连接处理单元152；处理单元152连接检测单元153及输出单元154，处理单元152根据工作电压与第一电压的比较结果控制检测单元153进行时间检测，当时间达到预设的阈值时，处理单元152控制LED调光驱动电路进入睡眠模式，在睡眠模式后，处理单元根据工作电压与第二电压的比较结果控制输出单元输出调光信号至 电压转换单元130。电压转换单元130根据控制单元150输入的调光信号，调节输出负载LED的电压或者电流，从而实现调光。 

图2为本发明的LED调光驱动电路100第一实施例的电路图，如图2所示，在本实施例中，整流滤波单元120包括整流桥和第二电容Cin，整流桥的输入端正极经交流输入开关110接入交流电源，第二电容Cin的正极连接在整流桥的输出端的正极，第二电容Cin的负极连接整流桥的输出端的负极并接地。 

供电单元140包括启动电阻Rst和第一电容C0，启动电阻Rst一端连接整流滤波单元120的整流桥的输出端正极，另一端连接第一电容C0的正极。第一电容C0的负极连接整流滤波单元120的整流桥的输出端负极。 

控制单元150连接于供电单元140和电压转化单元130之间，其中，控制单元150包括比较单元151、处理单元152、检测单元153及输出单元154；比较单元151连接供电单元140以接入工作电压，并将工作电压与预设的第一电压及预设的第二电压进行比较，比较单元151的输出端连接处理单元152；处理单元152连接检测单元153及输出单元154，处理单元152根据工作电压与第一电压的比较结果控制检测单元153进行时间检测，当时间达到预设的阈值时，处理单元152控制LED调光驱动电路100进入睡眠模式，在睡眠模式后，处理单元152根据工作电压与第二电压的比较结果控制输出单元154输出调光信号至电压转换单元130。 

在本实施例中，比较单元151为滞回电压比较器，滞回电压比较器的同相输入端连接于供电单元140以接入控制单元150的工作电压，一个反相输入端输入第一电压，另一个反相输入端输入第二电压，输出端连接处理单元152，其中，第一电压大于第二电压。当使用控制芯片实现控制单元150时，第一电 压为控制芯片的开启电压Von，第二电压为控制芯片的关闭电压Voff，这两个个电压的关系为Voff<Von。 

处理单元152包括状态机1521和信号处理器1522；状态机1521连接比较单元151及信号处理器1522，信号处理器1522连接检测单元153及输出单元154；状态机1521根据工作电压与第一电压的比较结果进入预设的第一状态，信号处理器1522根据第一状态控制检测单元153进行时间检测，状态机1521根据工作电压与第二电压的比较结果进入预设的第二状态，信号处理器1522根据第二状态控制输出单元154在睡眠模式时产生调光信号，并在睡眠模式后输出调光信号至电压转换单元130。 

检测单元153连接状态机1521及电压转换单元130，检测单元153进行时间检测且当时间达到阈值时，输出一睡眠信号至状态机1521，状态机1521进入睡眠状态，信号处理器1522根据睡眠状态控制LED调光驱动电路100进入睡眠模式。 

输出单元154包括逻辑电路1541、门极控制电路1542和CS电压比较器1543；信号处理器1522控制输出CS电压比较器1543的反相输入端的电压；CS电压比较器1543的同相输入端连接电压转换单元130，输出端连接逻辑电路1541；逻辑电路1541根据输入CS电压比较器1543的两个电压的比较结果生成相应占空比的调光信号，并经门极控制电路1542后输出到电压转换单元130。 

电压转换单元130包括变压器131、功率管132和电流检测电阻Rcs。功率管132根据控制单元150输出的调光信号导通或者截止，以使变压器131输出相应的电压到负载LED。在本实施例中，功率管132为MOS管。MOS管的栅极连接调光信号生成模块154的信号输出端，源极经电流检测电阻Rcs 接地，漏极经变压器131的原边绕组接整流滤波单元120的整流桥的输出端正极。变压器131的副边绕组连接负载LED。 

在本发明的其他实施例中，功率管132还可以是三极管，其基极连接调光信号生成模块154的信号输出端，发射经极电流检测电阻Rcs接地，集电极经变压器131的原边绕组接整流滤波单元120的整流桥的输出端正极。 

本电路的工作模式为断续模式，即门极控制输出总是在变压器原边电感放电完毕才能变高电平，由电感特性得到原边导通时间Tonp由下式决定 

$\mathrm{Tonp}=\frac{\mathrm{Ip}*\mathrm{Lp}}{\mathrm{Vin}}=\frac{\mathrm{Vref}/\mathrm{Rcs}*\mathrm{Lp}}{\mathrm{Vin}}$

其中Ip为原边峰值电流，Lp为变压器原边电感量；对于一特定电源应用，Ip和Lp均为已知量，故Tonp与Vin成反比关系，可通过检测Tonp间接得到Vin的大小信息。 

图3为本发明的整流滤波单元的输出电压Vin与控制单元的工作电压Vcc的关系图，本电路的具体工作流程可参照图3，当交流输入开关110在t1时刻断开且Vcc低于Voff时，由于电路继续工作并把输入电容上储存的能量继续转换到输出，Vin电压迅速下降。随着Vin的下降原边导通时间Tonp将逐步增大，当Tonp大于检测单元153的阈值Tonp(max)时，此时对应的时刻为t2，对应的Vin电压约为Vin(min)=Ip*Lp／Tonp(max)。同时芯片进入睡眠模式，在睡眠模式下，减小工作电流，信号处理模块启动计时模块，计时Tsleep后唤醒电路；通常t2-t1<10ms，而即使用户断开开关110后迅速闭合，所需时间也将远大于该数值，故可认为开关110的断开动作总是能被电路检测到；只要在某一时刻t3再次闭合开关，且满足t3-t2<Tsleep，即可以完成一个调光操作。在本实施中Tsleep为1秒，由于t3-t2≈t3-t1，所以对于用户来说，只要开关110关闭和闭合时间间隔能小于1s即可以完成一次有效调光操作。在电路计时结 束的t4时刻电路被唤醒，对于有效的调光操作来说，此时Vin电压轻易满足Vin(t4)>2*Vin(min)，故电路被唤醒后第一个工作周期的Tonp应该小于0.5*Tonp(max)，当满足以上条件电路才会根据状态机现有状态输出对应的电流，例如，此时为负载LED输出电压或者电流为100％变为50％，否则将被认为是关闭灯具的操作而不是调光操作。如此类推，每个有效的调光操作将调节一次输出电流；每次调节电流变化量由控制芯片内部预先设定，但如果电流变化量太小，需要按动开关110次数会过多，从实际情况看来电流变化分三级比较合适，即输出电流100％-50％-25％-100％的循环变化。 

如果Vcc电容C0过小，以至于在开关闭合前Vcc电压低于Voff，则POR信号将把状态机复位；等下次再上电时，输出电流将以100％输出而不受之前的状态影响。所以本发明的调光电路可以通过选择一个合适的大电容实现多级调光，选择一个合适的小电容即可以屏蔽调光功能，满足不同应用场合的要求。 

图4为本发明的LED调光驱动电路100第二实施例的电路图，如图5所示，本实施例与LED调光驱动电路100第一实施例的区别在于：信号处理模块1541不直接控制逻辑电路1542。在该实施例中，输出单元154包括逻辑电路1541、门极控制电路1542和CS电压比较器1543；信号处理器1522控制逻辑电路1541生成相应占空比的调光信号经门极控制电路1542后输出到电压转换单元130；CS电压比较器1543的同相输入端连接于电压转换单元130，反相输入端接入参考电压，输出端连接逻辑电路1541，从而使得电压转换单元130输出相应的电压或者电流给负载LED。 

图5为本发明的LED调光驱动电路100第三实施例的电路图，如图5所示，本实施例与LED调光驱动电路100第一实施例的区别在于：信号处理模 块1541根据状态机153的当前状态调节输出CS电压比较器1544的反相输入端的电压和/或调节逻辑电路1542，以使逻辑电路1542生成相应占空比的调光信号经门极控制电路1543后从控制芯片的驱动引脚OUT输出到功率管132，从而使得电压转换单元130输出相应的电压或者电流给负载LED。 

在该实施例中，信号处理模块1541根据状态机153当前的状态，选择改变输出CS电压比较器1544的电压和调节相应的逻辑电路1542之一或者两者同时控制的方式来为负载输出相应的电压或者电流。 

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。 

Claims (10)

1.一种LED调光驱动电路(100)，包括交流输入开关(110)、输入端与所述交流输入开关(110)连接的整流滤波单元(120)、用于为负载LED提供工作电压的电压转换单元(130)、以及输入端与所述整流滤波单元(120)连接的供电单元(140)，所述供电单元(140)用于输出工作电压，其特征在于，所述LED调光驱动电路(100)还包括控制单元(150)；

所述控制单元(150)连接于所述供电单元(140)和所述电压转化单元(130)之间，其中，所述控制单元(150)包括比较单元(151)、处理单元(152)、检测单元(153)及输出单元(154)；所述比较单元(151)连接所述供电单元(140)以接入所述工作电压，并将所述工作电压与预设的第一电压及预设的第二电压进行比较，所述比较单元(151)的输出端连接所述处理单元(152)；所述处理单元(152)连接所述检测单元(153)及所述输出单元(154)，所述处理单元(152)根据所述工作电压与所述第一电压的比较结果控制所述检测单元(153)进行时间检测，当所述时间达到预设的阈值时，所述处理单元(152)控制所述LED调光驱动电路(100)进入睡眠模式，在所述睡眠模式后，所述处理单元(152)根据所述工作电压与所述第二电压的比较结果控制所述输出单元(154)输出一调光信号至所述电压转换单元(130)。

2.根据权利要求1所述的LED调光驱动电路(100)，其特征在于，所述比较单元(151)为滞回电压比较器，所述滞回电压比较器的同相输入端连接于所述供电单元(140)以接入所述控制单元(150)的工作电压，一个反相输入端输入所述第一电压，另一个反相输入端输入所述第二电压，输出端连接所述处理单元(152)，其中，所述第一电压大于所述第二电压。

3.根据权利要求1所述的LED调光驱动电路(100)，其特征在于，所述处理单元(152)包括状态机(1521)和信号处理器(1522)；所述状态机(1521)连接所述比较单元(151)及所述信号处理器(1522)，所述信号处理器(1522)连接所述检测单元(153)及所述输出单元(154)；所述状态机(1521)根据所述工作电压与所述第一电压的比较结果进入预设的第一状态，所述信号处理器(1522)根据所述第一状态控制所述检测单元(153)进行时间检测，所述状态机(1521)根据所述工作电压与所述第二电压的比较结果进入预设的第二状态，所述信号处理器(1522)根据所述第二状态控制所述输出单元(154)在所述睡眠模式时产生所述调光信号，并在所述睡眠模式后输出所述调光信号至所述电压转换单元(130)。

4.根据权利要求3所述的LED调光驱动电路(100)，其特征在于，所述检测单元(153)连接所述状态机(1521)及所述电压转换单元(130)，所述检测单元(153)进行所述时间检测且当所述时间达到所述阈值时，输出一睡眠信号至状态机(1521)，所述状态机(1521)进入睡眠状态，所述信号处理器(1522)根据所述睡眠状态控制所述LED调光驱动电路(100)进入睡眠模式。

5.根据权利要求3或4所述的LED调光驱动电路(100)，其特征在于，所述输出单元(154)包括逻辑电路(1541)、门极控制电路(1542)和CS电压比较器(1543)；所述信号处理器(1522)控制输出所述CS电压比较器(1543)的反相输入端的电压；所述CS电压比较器(1543)的同相输入端连接所述电压转换单元(130)，输出端连接所述逻辑电路(1541)；所述逻辑电路(1541)根据输入所述CS电压比较器(1543)的两个电压的比较结果生成相应占空比的调光信号，并经所述门极控制电路(1542)后输出到所述电压转换单元(130)。

6.根据权利要求3或4所述的LED调光驱动电路(100)，其特征在于，所述输出单元(154)包括逻辑电路(1541)、门极控制电路(1542)和CS电压比较器(1543)；所述信号处理器(1522)控制所述逻辑电路(1541)生成相应占空比的调光信号经所述门极控制电路(1542)后输出到所述电压转换单元(130)；所述CS电压比较器(1543)的同相输入端连接于所述电压转换单元(130)，反相输入端接入参考电压，输出端连接所述逻辑电路(1541)。

7.根据权利要求3或4所述的LED调光驱动电路(100)，其特征在于，所述调光信号生成模块(154)包括逻辑电路(1541)、门极控制电路(1542)和CS电压比较器(1543)；所述信号处理模块(1522)分别与所述逻辑电路(1541)和所述CS电压比较器(1543)的反相输入端连接，所述CS电压比较器(1543)的同相输入端连接所述电压转换单元(130)，输出端连接所述逻辑电路(1541)；所述信号处理模块(1522)控制所述逻辑电路(1542)和／或输出所述CS电压比较器(1543)的反相输入端的电压，以使所述逻辑电路(1541)生成相应占空比的调光信号，并经所述门极控制电路(1542)后输出到所述电压转换单元(130)。

8.根据权利要求1所述的LED调光驱动电路(100)，其特征在于，所述供电单元(140)包括启动电阻(Rst)和第一电容(C0)；所述启动电阻(Rst)一端连接所述整流滤波单元(120)输出端正极，另一端连接所述第一电容(C0)的正极；所述第一电容(C0)的负极连接所述整流滤波单元(120)输出端负极并接地。

9.根据权利要求1所述的LED调光驱动电路(100)，其特征在于，所述整流滤波单元(120)包括整流桥和第二电容(Cin)，所述整流桥的输入端正极经所述交流输入开关(110)接入交流电源，所述第二电容(Cin)的正极连接在所述整流桥的输出端的正极，所述第二电容(Cin)的负极连接整流桥的输出端的负极并接地。

10.根据权利要求1所述的LED调光驱动电路(100)，其特征在于，所述电压转换单元(130)包括变压器(131)、功率管(132)以及连接于所述功率管(132)和地之间的电流检测电阻(Rcs)；所述功率管(132)根据所述控制单元(150)输出的调光信号导通或者截止，以使变压器(131)输出相应的电压到负载LED。

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