CN103945614B - 照明系统和驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种照明系统和驱动电路，所述驱动电路包括整流器，与所述整流器连接的可变电流源和自适应处理单元。其中所述自适应处理单元控制可变电流源的电流大小。

Description

照明系统和驱动电路

技术领域

本发明涉及一种照明系统，更具体地涉及用于照明系统的驱动电路。本发明更进一步涉及LED照明应用中TRIAC调光器的自适应判断的系统和方法。

背景技术

在可调光发光二极管(LED)应用中，为兼容传统的白炽灯，常常使用包括交流三极管(TRIAC)的传统调光器来调节LED的亮度，TRIAC调光器有一个重要参数，即维持电流(holding current)。当流过TRIAC的电流低于其维持电流，那么TRIAC会反复开启关断，造成闪烁。因此必须在可调光LED照明应用中加入泄放电流(bleeding)电路，确保不会发生闪烁现象。

图1示出传统LED照明系统的框图。例如，照明系统100包括驱动电路以及一个或多个LED110，驱动电路包括TRIAC调光器120、全波整流桥140、泄放电流器(bleeder)160和LED驱动器180。TRIAC调光器中具有TRIAC元件。线电压V_lin。通过调光器120和全波整流桥140施加给驱动电路，以驱动LED110发光。

图2示出传统LED照明系统的驱动电路的一部分的框图，其中与图1相同的部件采用了相同的附图标记。为了简明起见，图2没有示出图1中的LED驱动器180，图2着重对图1中的泄放电流器的结构进行详细说明。如图2所示，泄放电流器包括电流检测电路161、逻辑控制电路162、第一电流源163、第二电流源164。电流检测电路161用于检测驱动电路的线电流(Line Current)。逻辑控制电路162接收来自电流检测电路161的信息并且控制第一电流源163和第二电流源164。第一电流源163提供弱电流输出，而第二电流源164提供强电流输出。泄放电流器还具有电阻R1、R2和R3。

驱动电路正常工作时，其中的线电流在电阻R1上产生电压V1，这个电压大小对应于该线电流的大小。然后V1通过电阻R2和R3分压给电流检测电路161，电流检测电路161输出的检测信息发送到逻辑控制电路162，从而控制采用弱电流输出和强电流输出中的哪一个的电流作为驱动电路的泄放电流电流。

在LED替代传统白炽灯照明的应用中会出现如下问题。不同的TRIAC调光器生产厂商采用不同RC值以及不同的TRIAC元件，导致不同的TRIAC调光器之间维持电流会有很大差距，因此需要提高LED驱动电路对调光器兼容能力。

上述图2中的驱动电路存在的一个问题在于，强弱电流值都是固定的，如果TRIAC调功器的维持电流高于强电流值，那么系统依然会闪烁；如果维持电流介于强电流值与弱电流值中间，那么如果开启弱电流作为泄放电流，系统依然会闪烁，如果开启强电流作为泄放电流，那么额外的功耗会被消耗，效率降低。

发明内容

鉴于以上所述的问题，本文提出的一种自适应的系统处理方法，该方法能够自动检测接入到LED系统的调光器的类别(前沿/后沿)，以及维持电流的大小。并且时刻检测线电流的大小，确保线电流始终不低于所检测到的调光器的维持电流，确保任何调光器接入系统都不会发生闪烁，从而实现最广泛的调光器兼容性。

本发明在一个方面涉及一种用于照明系统的驱动电路，所述驱动电路包括：

整流器；

与所述整流器连接的可变电流源；和

自适应处理单元，

其中所述自适应处理单元控制可变电流源的电流大小。

本发明在另一个方面涉及一种驱动电路的操作方法，所述驱动电路包括调光器、可变电流源和自适应处理单元，所述方法包括：

所述自适应处理单元控制可变电流源发出起始电流，

所述自适应处理单元控制所述电减小，

所述自适应处理单元检测驱动电路的线电压和/或线电流，

当线电流和/或线电压突然向下跳变，所述自适应处理单元将可变电流源的电流作为调光器的维持电流，并存储该维持电流。

本发明在又一个方面涉及一种驱动电路的操作方法，所述驱动电路包括调光器、可变电流源和自适应处理单元，所述方法包括：

所述自适应处理单元检测驱动电路的线电流，

当线电流下降并且接近所述调光器的维持电流时，自适应处理单元控制可变电流源，以增加可变电流源电流，使所述线电流大于所述维持电流。

附图说明

从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：

图1示出传统LED照明系统的框图；

图2示出传统LED照明系统的驱动电路的一部分的框图；

图3示出根据本发明的照明系统的示例性驱动电路的框图；

图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的自适应处理单元的框图；

图5(a)所示为数字方式实现可变电流源的电路结构。

图5(b)所示为模拟方式实现可变电流源的电路结构。

具体实施方式

下面将详细描述本发明各个方面的特征和示例性实施例。下面的描述涵盖了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更清楚的理解。本发明绝不限于下面所提出的任何具体配置，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了相关元素或部件的任何修改、替换和改进。

图3示出根据本发明的照明系统(例如LED照明系统)的示例性驱动电路的框图。下面参照图3对本发明的示例性的驱动电路进行详细描述，为了简明起见，对于本发明的驱动电路与现有技术共有的部分不进行详细描述。

如图3所述，本发明的示例性的驱动电路可以包括调光器320、整流器340、自适应处理单元361、可变电流源362。调光器320，例如，可以是TRIAC调光器。整流器340，例如，是全波整流桥。

输入的线电压V_line(Line Voltage)加在驱动电路的第一输入端子331和第二输入端子332上，调光器320和整流器340分别对该线电压进行调光和整流处理。该线电压例如可以是交流电压。

整流器340的一个输入端例如可以通过调光器320与第一输入端子331连接，整流器340的另一个输入端例如可以直接与第二输入端子332连接。整流器340的输出是经过处理的线电压，在整流器340的输出上具有与该线电压相对应的线电流(Line Current)。

该驱动电路还可以选择包括分压网络和电流检测电路，以向自适应处理单元361提供待测电压信号和待测电流信号。当然分压网络和电流检测电路不是必须的，例如，适应处理单元361可以直接与整流器340的输出连接以检测线电压和线电流。

电流检测电路例如可以包括第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，当然，电流检测电路可以包括更多或更少的电阻。分压网络例如可以是电阻分压网络，例如，可以包括第四电阻R4和第五电阻R5，电阻分压网络可以包括更多或更少的电阻。

电阻分压网络的电阻R4和R5连接在一起，电阻R4和R5的另一端分别连接到整流器340的两个输出。电阻R4和R5连接在一起的公共端与自适应处理单元的相位端子连接。

电阻R2连接在电阻R1和R3之间，电阻R1和R2的公共端例如可以选择接地，并且连接到图3中未示出的驱动器或者连接到发光单元(例如LED)。电阻R1的另一端与电阻R5和整流器340的一个输出连接。电阻R2和R3的公共端例如可以连接到自适应处理单元的电流检测端子(即，I_DET端子)。电阻R3的另一端例如可以与电阻R1的另一端，电阻R5和整流器340的一个输出端连接。

工作时，线电流在电阻R1上产生电压V1，这个电压大小对应于该线电流的大小。然后V1通过电阻R2和R3分压给自适应处理单元361。

如上文所述，整流器340的一个输出与电阻R1连接，整流器340的另一个输出与电阻R4以及可变电流源362连接并且还可以连接到图3中未示出的驱动器或者连接到发光单元(例如LED)。自适应处理单元的控制端子(即BL端子)也连接到可变电流源362。

在图3的实施例中，没有采用图2所示的弱电流和强电流，而采用可变电流来作为泄放电流(B1eeding Current)。

驱动电路还可以包括图3中未示出的驱动器，例如图l中所示出的传统的LED驱动器。驱动电路的输出端例如可以与发光单元连接，发光单元例如可以包括一个或多个发光二极管。

下面结合图4和5对图3中的自适应处理单元361和可变电流源362进行详细说明。

图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的自适应处理单元的框图。自适应处理单元例如可以包含电流检测单元362、电压检测单元363、处理单元364、存储单元366以及驱动控制单元365。电流检测单元362与I DET端子369连接，以对电流检测电路提供的电流信息进行检测，该检测可以是实时的。电压检测单元363与相位端子368连接以检测电阻分压网络提供的电压信息。电阻分压网络提供的电压信息例如可以包括相位信息。电流检测单元362和电压检测单元363将检测结果提供给处理单元364，处理单元364根据电流检测单元362和电压检测单元363的检测结果，确定驱动电路的系统信息，例如确定调光器类型(例如，前沿调光、后沿调光、无调光器等)、调光器的维持电流等，还可以判断调光器上的线电压的频率。存储单元366存储当前的各种系统信息，例如频率、调光器类型、维持电流等。驱动控制电路365接收处理单元提供的指令，以驱动可变电流源，从而实时调节线电流大小。

下面说明自适应处理单元的操作。当系统开机时(时LED驱动器不工作)，自适应处理单元进入学习过程：首先从BL端发出控制信号来控制可变电流源发出一个起始电流，这个起始电流的大小可以选择为高于大多数调光器(例如TRIAC调光器)的维持电流。然后控制可变电流源电流慢慢减小同时通过I_DET和相位端口检测线电压的状态和线电流的大小。随着可变电流源电流减小到一定程度，线电流会突然向下跳变，同时线电压会有向下跳变，此时的可变电流源电流就是所接入的调光器的维持电流。自适应处理单元会存储这个电流，作为以后LED驱动器工作的一个重要数据。同时在学习过程中自适应处理单元会通过检测相位端口检测出TRIAC调光器类型(前沿或后沿)，电压的频率和开通时的TRIAC角度。

当LED开机时(此时LED驱动器工作)，自适应处理单元会持续检测I_DET端口。当线电流下降并且接近开机时检测到的维持电流时，自适应处理单元就通过BL端口控制可变电流源，以增加可变电流源电流的大小，确保任何时刻的线电流大小都高于开机时学习过程中检测到调光器的维持电流值，并保有一定的裕量。通过这种自适应的控制方式，可以确保任何时刻的线电流都会高于所接入调光器的维持电流，确保任意一款调光器接入到LED系统中都不会闪烁，以达到最广泛的对调光器的兼容性。

对可变电流源的电流大小的控制方式可以有不同的控制方式，例如，可以采用数字控制方式，也可以采用模拟控制方式，或是采用模拟/数字的混合控制方式。图5(a)和图5(b)所示的仅是两个例子。图5(a)所例示的电路图为数字方式控制，自适应处理单元检测和处理都采用数字处理技术，因此PWM形式的占空比控制非常适合用来控制可变电流源的电流。

如图5(a)所示，可变电流源包含MOS管M1和M2，电压源VREF和电阻R。当M2作为开关，流过M1的电流I_{b_100%}如下式描述：

其中V_{th_M1}是MOS管M1的阈值电压，Duty是自适应处理单元发送的PWM形式方波的占空比。当电压源VREF和MOS管M1的阈值电压一旦给定，该可变电流源的电流大小(即泄放电流的大小)与方波的占空比成比例变化。

在学习过程以及正常工作时，可以通过调整自适应处理单元输出的方波的占空比(Duty)的大小来实现可变电流源电流的增大和减小。从而达到对线电流的自适应控制，实现泄放电流的大小能自适应地根据所接入调光器的所需的维持电流的大小进行调节。泄放电流的大小仅比所需的维持电流大一点点(保有一定的裕量)，确保任意一款调光器接入到LED系统中都不会闪烁，并且不会产生额外的功耗。

如图5(b)所示，作为模拟控制方式的一个例子，可变电流源包含MOS管M1，电压信号VREF和电阻R。

其中V_{th_M1}是MOS管M1的阈值电压，R是与MOS管M1源极和地连接的电阻。VREF是自适应处理单元输出的电压控制信号，控制MOS管M1的栅极电压的大小。其可变电流源电流的大小随自适应处理单元输出的电压VREF的大小而变化。即泄放电流的大小随自适应处理单元输出的电压VREF的大小而变化。

以上已经参考本发明的具体实施例来描述了本发明，但是本领域技术人员均了解，可以对这些具体实施例进行各种修改、组合和变更，而不会脱离由权利要求或其等同物限定的本发明的精神和范围。

Claims (24)

1.一种用于照明系统的驱动电路，所述驱动电路包括：

调光器；

整流器；

与所述整流器连接的可变电流源；和

自适应处理单元，

其中所述自适应处理单元确定所述调光器的维持电流并至少部分基于所述维持电流来控制可变电流源的电流大小，

其中所述调光器的维持电流是根据以下步骤确定的：

所述自适应处理单元控制可变电流源发出起始电流，

所述自适应处理单元控制该电流减小，

所述自适应处理单元检测驱动电路的线电压和/或线电流,

当线电流和/或线电压突然向下跳变时，所述自适应处理单元将可变电流源的电流确定为所述调光器的维持电流。

2.根据权利要求1所述的驱动电路，还包括调光器，其中所述整流器的输入端与所述调光器连接，所述整流器的输出端与所述可变电流源连接。

3.根据权利要求1所述的驱动电路，其中所述调光器是TRIAC调光器。

4.根据权利要求1所述的驱动电路，其中所述整流器是是全波整流桥。

5.根据权利要求1所述的驱动电路，还包括分压网络，以向所述自适应处理单元提供电压信号。

6.根据权利要求1所述的驱动电路，还包括电流检测电路，以向所述自适应处理单元提供电流信号。

7.根据权利要求1所述的驱动电路，还包括与所述整流器连接的LED驱动器。

8.根据权利要求1所述的驱动电路，其中所述自适应处理单元包括电流检测单元、电压检测单元、处理单元、存储单元以及驱动控制单元中的一个或多个。

9.根据权利要求8所述的驱动电路，其中所述处理单元根据电流检测单元和电压检测单元的检测结果，确定驱动电路的系统信息。

10.根据权利要求9述的驱动电路，其中所述驱动电路的系统信息包括所述调光器的类型、所述调光器的维持电流、施加在所述调光器上的电压的频率、所述调光器的TRIAC角度中的一个或多个。

11.根据权利要求9所述的驱动电路，其中所述存储单元存储所述系统信息。

12.根据权利要求8所述的驱动电路，其中所述驱动控制电路根据处理单元提供的指令驱动可变电流源。

13.根据权利要求1所述的驱动电路，其中当驱动电路的线电流下降并且接近所述调光器的维持电流时，自适应处理单元控制可变电流源以增加可变电流源电流。

14.根据权利要求1所述的驱动电路，其中可变电流源包括第一晶体管和第二晶体管，其中所述第一晶体管的栅极与电压源连接，所述第二晶体管的栅极与自适应处理单元连接。

15.根据权利要求14所述的驱动电路，其中流过所述第一晶体管的电流I_{b_100％}如下式描述：

$I_{b\_100\%}=\frac{(VREF-V_{th\_M1})}{R}\×Duty$

其中V_{th_M1}是所述第一晶体管的阈值电压，Duty是自适应处理单元发送给所述可变电流源的方波的占空比。

16.一种照明系统，包括如权利要求1-15中任一项所述的驱动电路。

17.如权利要求16所述的照明系统，所述照明系统还包括一个或多个发光二极管。

18.一种驱动电路的操作方法，所述驱动电路包括调光器、可变电流源和自适应处理单元，所述方法包括：

所述自适应处理单元控制可变电流源发出起始电流，

所述自适应处理单元控制所述电流减小，

所述自适应处理单元检测驱动电路的线电压和/或线电流,

当线电流和/或线电压突然向下跳变，所述自适应处理单元将可变电流源的电流作为调光器的维持电流，并存储该维持电流。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述调光器是TRIAC调光器。

20.如权利要求19所述的方法，其中所述自适应处理单元通过检测线电压确定调光器类型、线电压的频率和调光器开通时的TRIAC角度。

21.一种驱动电路的操作方法，所述驱动电路包括调光器、可变电流源和自适应处理单元，所述方法包括：

所述自适应处理单元检测驱动电路的线电流，

当线电流下降并且接近所述调光器的维持电流时，自适应处理单元控制可变电流源，以增加可变电流源电流，使所述线电流大于所述维持电流，

其中所述调光器的维持电流是根据以下步骤确定的：

所述自适应处理单元控制可变电流源发出起始电流，

所述自适应处理单元控制该电流减小，

所述自适应处理单元检测驱动电路的线电压和/或线电流,

当线电流和/或线电压突然向下跳变时，所述自适应处理单元将可变电流源的电流确定为所述调光器的维持电流。

22.如权利要求21所述的方法，所述可变电流源的电流大小的控制方式是采用数字控制方式。

23.如权利要求21所述的方法，所述可变电流源的电流大小的控制方式是采用模拟控制方式。

24.如权利要求21所述的方法，所述可变电流源的电流大小的控制方式是采用模拟/数字的混合控制方式。