CN104717795A - 具有调光功能的发光元件控制电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种具有调光功能的发光元件控制电路及其控制方法。具有调光功能的发光元件控制电路，包含：调光电路、整流滤波电路、功率转换电路、及顶部空间电压调节电路。调光电路根据一交流电压，产生一交流调光电压；整流滤波电路根据该交流调光电压，产生一输入电压；功率转换电路根据一控制讯号，而将该输入电压转换为一输出电压，以供应予一发光元件电路；顶部空间电压调节电路，根据该输入电压与该输出电压的差值，以及一参考值，产生该控制讯号，并通过反馈回路的作用，将输入电压与输出电压的差值维持对应于该参考值。

Description

具有调光功能的发光元件控制电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种具有调光功能的发光元件控制电路及其控制方法，特别是指一种以调节顶部空间电压(headroom regulation)防止发光元件电路闪烁的具有调光功能的发光元件控制电路及其控制方法。

背景技术

图1A显示现有技术一种发光元件控制电路10示意图。如图1A所示，发光元件控制电路10接收交流电压AC，转换为输出电压Vout，用以供应予发光元件电路1。发光元件控制电路10包含三极交流开关(Tri-electrode AC Switch,TRIAC)调光电路11、整流滤波电路13、与功率转换电路19，其中，功率转换电路19包含功率级控制电路191与功率级电路192。TRIAC调光电路11接收交流电压AC(讯号波形如图中小图的弦波讯号所示意)，当交流电压AC超过预设的触发相位时，TRIAC调光电路11启动并导通，而产生交流调光电压Vdim(讯号波形如图中小图的相切(phase-cut)弦波讯号所示意)。整流滤波电路13对相切交流调光电压Vdim进行整流滤波，而产生输入电压Vin(讯号波形如图中小图的具有涟波的直流讯号所示意)。交流电压AC与不同触发相位的交流调光电压Vdim1与Vdim2，其讯号波形如图1B与图1C的讯号波形图所示意，其中分别以虚线波形表示交流电压AC，并以实线波形表示经过TRIAC调光电路11之后的交流调光电压Vdim1与Vdim2。整流滤波电路13接收此交流调光电压Vdim1与Vdim2，经整流滤波后，产生输入电压Vin，以输入功率转换电路19。功率转换电路19与整流滤波电路13耦接，根据控制讯号ACTL1而将输入电压Vin转换为输出电压Vout，以供应予发光元件电路1。以上电路中，设置TRIAC调光电路12的目的是决定交流调光电压的触发相位，由此调整发光元件电路1的亮度。其中，功率转换电路19包括具有功率开关的功率转换电路，其可为同步或异步的降压型、升压型、或反压型功率转换电路，如图2A-2F所示。

以功率转换电路19为降压型功率转换电路为例，当触发相位不同时，如图1B与图1C所示意，图1B示意触发相位较前的交流调光电压Vdim1，图1C示意触发相位较后的交流调光电压Vdim2，经整流滤波电路13后，触发相位较前的交流调光电压Vdim1转换为位准较高的直流输入电压Vin1，而触发相位较后的交流调光电压Vdim2转换为位准较低的直流输入电压Vin2。控制讯号ACTL1直接正比于输入电压Vin，也就代表调光亮度的高低，因此，功率级控制电路191可根据控制讯号ACTL1来控制功率级电路192，亦即根据输入电压Vin的高低，控制功率级电路192中功率开关的导通时间，以调整流经发光元件1的电流，达成调整发光元件1的亮度的目的。

上述现有技术的其中一个问题是，由于此控制讯号ACTL1的调光机制，是根据输入电压Vin的分压而来，当输入电压Vin上升或下降时，理想的状况是，输出电压会因控制讯号ACTL1的调升或调降而跟着上升或下降。但是，在实际的电路中，因为各种状况，例如交流电压AC频率的不稳定，或是相切的角度对应不一致时，都会造成功率不匹配的状况，造成如图1D所示的例子，例如在触发相位由图1B调整至图1C时，因实际电路的功率匹配问题，造成输入电压Vin2低于输出电压Vout的状况发生，这使降压型功率转换电路无法操作或操作错误，而致使发光元件1发生闪烁的问题。

有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种具有调光功能的发光元件控制电路及其控制方法。本发明以调节顶部空间电压(headroom regulation)于预设电压的机制，防止发光元件电路闪烁。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种具有调光功能的发光元件控制电路及其控制方法。本发明以调节顶部空间电压(headroom regulation)于预设电压的机制，防止发光元件电路闪烁。

为达上述目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种具有调光功能的发光元件控制电路，包含：一调光电路，用以根据一交流电压，产生一交流调光电压；一整流滤波电路，与该调光电路耦接，用以根据该交流调光电压，产生一输入电压；一功率转换电路，与该整流滤波电路耦接，用以根据一控制讯号以操作其中至少一功率开关，而将该输入电压转换为一输出电压，以供应予一发光元件电路；一顶部空间电压调节电路，用以根据该输入电压与该输出电压的差值，以及一参考值，产生该控制讯号，并通过反馈回路的作用，将输入电压与输出电压的差值维持对应于该参考值。

在其中一种较佳的实施例中，该顶部空间电压调节电路包含：一差值取样电路，用以根据该输入电压与该输出电压的差值，产生一顶部空间电压；以及一比较电路，与该差值取样电路耦接，用以根据该顶部空间电压与一参考电压，而产生该控制讯号，其中该参考电压对应于所述参考值。

在其中一种较佳的实施例中，该差值取样电路包含一分压电路，其分压节点产生该顶部空间电压。在其中一种较佳的实施例中，该差值取样电路还包含一电容，与该分压电路的分压节点耦接。

在其中一种较佳的实施例中，该顶部空间电压调节电路包含：一加法或减法电路，用以将该输入电压与该输出电压的一的的对应相关值，与一参考电压相加或相减，其中该参考电压对应于所述参考值；以及一比较电路，与该加法或减法电路耦接，用以根据该输入电压与该输出电压的另一者的的对应相关值与该加法或减法电路的运算结果，产生该控制讯号。

在其中一种较佳的实施例中，该参考电压为可调。

在其中一种较佳的实施例中，具有调光功能的发光元件控制电路，还包含一电子变压器，与该TRIAC调光电路耦接，用以接收该交流调光电压，产生一高频交流调光电压以输入该整流滤波电路。

为达上述目的，就另一个观点言，本发明提供了一种发光元件控制方法，包含：接收一输入电压，此输入电压的平均值可受控改变；根据一控制讯号以操作一功率转换电路中至少一功率开关，而将该输入电压转换为一输出电压，以供应予一发光元件电路；以及根据该输入电压与该输出电压的差值，与一参考值，而产生该控制讯号，并通过反馈回路的作用，将输入电压与输出电压的差值维持对应于该参考值。

下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1A显示一种现有技术发光元件控制电路10示意图；

图1B与1C显示不同相切的交流电压、交流调光电压、与输入电压的讯号波形示意图；

图1D显示输入电压Vin因功率不匹配时造成低于输出电压问题的示意图；

图2A-2F显示同步或异步的降压型、升压型、反压型、升降压型、及升反压型功率转换电路；

图3A-3B显示本发明的第一与第二个实施例；

图3C显示本发明中输入电压Vin和输出电压Vout的压差可以保持固定；

图4显示本发明第三个实施例；

图5A-5B显示本发明的第四个实施例；

图6A-6B显示本发明的顶部空间电压调节电路的另两个实施例；

图7A-7B显示参考电压为可调的两个实施例。

图中符号说明

1             发光元件电路

10,20,30      发光元件控制电路

11            TRIAC调光电路

13            整流滤波电路

15            顶部空间电压调节电路

151           差值取样电路

152           比较电路

153           减法电路

154           低通滤波电路

155           比较电路

156           加法电路

19            功率转换电路

191           功率级控制电路

192           功率级电路

32            电子变压器

AC            交流电压

ACTL1,ACTL2   控制讯号

HR            顶部空间电压

Vdim,Vdim’,Vdim1,Vdim2 交流调光电压

Vin,Vin1,Vin2 输入电压

Vout          输出电压

Vref          参考电压

具体实施方式

请参阅图3A，显示本发明的第一个实施例。如图3A所示，发光元件控制电路20包含三极交流开关(Tri-electrode AC Switch,TRIAC)调光电路11、整流滤波电路13、顶部空间电压调节电路15、与功率转换电路19，其中，功率转换电路19包含功率级控制电路191与功率级电路192。TRIAC调光电路11用以根据交流电压AC(如图1B中虚线波形所示意)，产生交流调光电压(如图1B中实线波形所示意的交流调光电压Vdim1)。整流滤波电路13与TRIAC调光电路11耦接，用以根据交流调光电压，产生输入电压Vin(例如图1A中细实线波形所示意的输入电压Vin1)，其例如但不限于桥式整流电路、并可选择性地搭配低通滤波电路或功率因子校正电路，其为本领域技术人员所熟知，故不予赘述。功率转换电路19与整流滤波电路13耦接，用以接收输入电压Vin，并根据控制讯号ACTL2，以操作其中至少一功率开关(未示出，请参阅图2A-2F中所示的开关)，而将输入电压Vin转换为输出电压Vout，以供应予发光元件电路1。发光元件电路1例如但不限于包括单一发光二极管(light emitting diode,LED)或是由多个LED串联的单一LED串，或是多个并联的LED串所组成的LED阵列等。功率转换电路19包括具有功率开关的功率转换电路，其可为同步或异步的降压型、升压型、或反压型功率转换电路，如图2A-2F所示。

与现有技术相比较，本发明的发光元件控制电路20还包含顶部空间电压调节电路15，用以根据输入电压Vin与输出电压Vout的差值，以及一参考值，产生控制讯号ACTL2，并通过反馈回路的作用，将输入电压Vin与输出电压Vout的差值维持对应于该参考值。在本实施例中，顶部空间电压调节电路15包含差值取样电路151与比较电路152。差值取样电路151根据输入电压Vin与输出电压Vout，产生顶部空间电压HR，此顶部空间电压HR对应并相关于输入电压Vin与输出电压Vout的差值，例如可为输入电压Vin与输出电压Vout的差值本身、其比例值、或该差值或比例值经过滤波后的值。(因此，本说明书将任一电压的本身、其比例值、或其本身或比例值经过滤波后的值，都视为并称为该电压的“对应相关值”。)比较电路26，用以将顶部空间电压HR与一参考电压Vref比较(此参考电压Vref对应于前述参考值)，而产生控制讯号ACTL2。依此方式，经由反馈回路的作用，使得顶部空间电压HR维持于预设电压，在本实施例中，也就是参考电压Vref。由于顶部空间电压HR维持于参考电压Vref，这也表示输入电压Vin与输出电压Vout的差值维持于定值，如图3C所示意，此定值对应于参考电压Vref。

请参阅图3B，差值取样电路151例如可为如图所示的分压电路结合RC电路所构成，用以在其分压节点取得输入电压Vin与输出电压Vout差值的分压的直流(DC)平均值，作为顶部空间电压HR。但差值取样电路151并不仅限于本图所示的实施方式，亦可为其它实施方式，例如可以仅包括分压电路而不包括电容、或是为取样保持电路、或是还包括其它滤波电路等。

需说明的是，在本实施例中，所谓输入电压Vin与输出电压Vout差值是以输入电压Vin减去输出电压Vout，也就是Vin-Vout为例，这是因为本实施例功率转换电路19是以降压型功率转换电路为例，若是升压型功率转换电路，输入电压Vin与输出电压Vout差值就会是输出电压Vout减去输入电压Vin。

图4显示本发明第二个实施例，本实施例显示第一个实施例发光元件控制电路20一种较具体的实施方式。请参阅图4，显示功率转换电路19为降压型功率转换电路，并显示差值取样电路151实际的电路连接方式。在本实施例的情况下，输入电压Vin与输出电压Vout的差值可以直接取自功率级电路192中、功率开关和电感连接的节点。这电路正常运作时，会将输入电压Vin维持高于输出电压Vout。

图5A-5B显示本发明第三个实施例，本实施例显示根据本发明的发光元件控制电路30，相较于第一个实施例，可还包含电子变压器(electronic transformer,ET)32，与TRIAC调光电路11耦接，用以接收交流调光电压Vdim，产生高频交流调光电压Vdim’以输入整流滤波电路13。交流调光电压Vdim与高频交流调光电压Vdim’的讯号波形示意图如图4B所示。本实施例旨在说明，根据本发明，发光元件控制电路亦可以包含电子变压器。

以上所述将“输入电压Vin与输出电压Vout的差值的对应相关值”与参考电压Vref比较，可以等效改变。在功率转换电路19是降压型功率转换电路的情况下，请参阅图6A，可以等效改变为将输入电压Vin的对应相关值减去参考电压Vref后与输出电压Vout的对应相关值比较。等效地，请参阅图6B，也可以将减法电路153改为加法电路156，并将输入电压Vin的对应相关值与输出电压Vout的对应相关值加上参考电压Vr_ef相比较。如有必要，电路中尚可选择性地设置低通滤波电路154，例如但不限于用以过滤输入电压Vin或其对应相关讯号。比较电路155根据比较结果，产生控制讯号ACTL2。

若功率转换电路19是升压型功率转换电路，则前段所述的输入电压Vin与输出电压Vout将会对调。

此外，本发明的反馈回路会将输入电压Vin与输出电压Vout的差值维持对应于参考电压Vref，但参考电压Vref不必须为预设的定值，亦可以为可调。例如请参阅图7A-7B，参考电压Vref例如可以电路内部或外部讯号来设定与改变。

以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如，各实施例中图标直接连接的两电路或元件间，可插置不影响主要功能的其它电路或元件；又如，发光元件不限于发光二极管(LED)，亦可扩及具有顺向端与逆向端的发光元件；再如，功率转换电路不限于为降压或升压型功率转换电路，亦可以为如图2A-2F显示的其它功率转换电路，仅需对应修改相关电路或是讯号的意义即可。凡此种种，皆可根据本发明的教示类推而得，因此，本发明的范围应涵盖上述及其它所有等效变化。

Claims (11)

1.一种具有调光功能的发光元件控制电路，其特征在于，包含：

一调光电路，用以根据一交流电压，产生一交流调光电压；

一整流滤波电路，与该调光电路耦接，用以根据该交流调光电压，产生一输入电压；

一功率转换电路，与该整流滤波电路耦接，用以根据一控制讯号以操作其中至少一功率开关，而将该输入电压转换为一输出电压，以供应予一发光元件电路；

一顶部空间电压调节电路，用以根据该输入电压与该输出电压的差值，以及一参考值，产生该控制讯号，并通过反馈回路的作用，将输入电压与输出电压的差值维持对应于该参考值。

2.如权利要求1所述的具有调光功能的发光元件控制电路，其中，该顶部空间电压调节电路包含：

一差值取样电路，用以根据该输入电压与该输出电压的差值，产生一顶部空间电压；以及

一比较电路，与该差值取样电路耦接，用以根据该顶部空间电压与一参考电压，而产生该控制讯号，其中该参考电压对应于所述参考值。

3.如权利要求2所述的具有调光功能的发光元件控制电路，其中，该差值取样电路包含一分压电路，其分压节点产生该顶部空间电压。

4.如权利要求3所述的具有调光功能的发光元件控制电路，其中，该差值取样电路还包含一电容，与该分压电路的分压节点耦接。

5.如权利要求1所述的具有调光功能的发光元件控制电路，其中，该顶部空间电压调节电路包含：

一加法或减法电路，用以将该输入电压与该输出电压之一的对应相关值，与一参考电压相加或相减，其中该参考电压对应于所述参考值；以及

一比较电路，与该加法或减法电路耦接，用以根据该输入电压与该输出电压的另一者的对应相关值与该加法或减法电路的运算结果，产生该控制讯号。

6.如权利要求2或5所述的具有调光功能的发光元件控制电路，其中，该参考电压为可调。

7.如权利要求1所述的具有调光功能的发光元件控制电路，其中，还包含一电子变压器，与该调光电路耦接，用以接收该交流调光电压，产生一高频交流调光电压以输入该整流滤波电路。

8.一种发光元件控制方法，其特征在于，包含：

接收一输入电压，此输入电压的平均值可受控改变；

根据一控制讯号以操作一功率转换电路中至少一功率开关，而将该输入电压转换为一输出电压，以供应予一发光元件电路；以及

根据该输入电压与该输出电压的差值，与一参考值，而产生该控制讯号，并通过反馈回路的作用，将输入电压与输出电压的差值维持对应于该参考值。

9.如权利要求8所述的发光元件控制方法，其中，该将输入电压与输出电压的差值维持对应于该参考值的步骤包含：

根据该输入电压与该输出电压的差值，产生一顶部空间电压；以及

比较该顶部空间电压与一参考电压，而产生该控制讯号，其中该参考电压对应于所述参考值。

10.如权利要求8所述的发光元件控制方法，其中，该将输入电压与输出电压的差值维持对应于该参考值的步骤包含：

将该输入电压与该输出电压之一的对应相关值，与一参考电压相加或相减，其中该参考电压对应于所述参考值；以及

根据该输入电压与该输出电压的另一者的对应相关值与该相加或相减的运算结果，产生该控制讯号。

11.如权利要求9或10所述的发光元件控制方法，其中，该参考电压为可调。