CN104756605B - 用于减少led光源中的闪光的电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本文揭示用于对用以驱动LED的第一波形进行平衡的方法及电路。所述第一波形具有拥有第一振幅的第一循环及拥有第二振幅的第二循环。所述方法的实施例包含将所述第一循环的所述第一振幅调整为与所述第二循环的所述第二振幅匹配，结果是第二波形。用所述第二波形来驱动所述LED。

Description

用于减少LED光源中的闪光的电路及方法
背景技术
有些人正在将白炽灯泡替换为LED灯泡。LED灯泡是白炽灯的直接替换品，因此用户简单地从灯座拧下白炽灯泡并将其替换为LED灯泡。许多白炽灯泡是通过使用调光器来操作的，所述调光器控制由白炽灯泡发射的光的强度。大多数调光器是通过使用双向可控硅对供应到白炽灯泡的AC线电压进行削波而工作的。举例来说，调光器对正向白炽灯泡供应电力的AC正弦波的正部分及负部分进行削波。由于双向可控硅的构造及固有操作原理，AC电压的由双向可控硅进行削波的正部分及负部分为不相等的。
由白炽灯泡及LED灯泡发射的光的强度与驱动灯泡的电流成比例。因此，当驱动灯泡的正弦波的正部分及负部分被不同地削波时，驱动电流将具有纹波。白炽灯具有极长时间常数，这意味着其在移除电力之后的一周期内将会发余光。因此，用户不可能察觉到经调光白炽灯泡的固有纹波。然而，LED是基于穿过P-N结的电流而发射光且因此不会发余光或具有极短的发余光周期。因此，由双向可控硅引起的导通角差异会引起可察觉且令人不悦的闪光。
发明内容
本文揭示用于对用以驱动LED的第一波形进行平衡的方法及电路。所述第一波形具有拥有第一振幅的第一循环及拥有第二振幅的第二循环。所述方法的实施例包含将所述第一循环的所述第一振幅调整为与所述第二循环的所述第二振幅匹配，结果是第二波形。用所述第二波形来驱动所述LED。
附图说明
图1是使用调光器的LED照明系统的示意性图解。
图2是图1的调光器内的电路的实施例的示意性图解。
图3是描绘在激活调光器时到图1的灯泡的电压的曲线图。
图4是图1的LED驱动器的实施例的框图。
图5是描述图4的LED驱动器的操作的流程图。
图6是输入到图4的DC/DC转换器的经整流电压的曲线图。
图7是展示图4的滤波器的输出处的电流的曲线图。
图8是展示图4的DC/DC转换器的输出处的电流的曲线图。
具体实施方式
本文中揭示对LED(发光二极管)驱动电流进行平衡的电路及方法。参考图1，其为使用调光器104的LED照明系统100的示意图。调光器104用以对固态灯(SSL)泡106进行调光。在本文中所描述的实施例中，SSL灯泡106为LED灯泡，其中由灯泡106发射的光源是由LED 108产生。LED灯泡与白炽灯泡略有差异：甚至在从白炽灯泡移除电力之后的短周期内，白炽灯泡也变热且发余光。另一方面，LED使用P-N结来发射光，其在移除到LED的电源之后同时停止。因此，LED灯泡具有比白炽灯泡短得多的时间常数，这使得其难以进行调光。更具体来说，极短时间常数使得LED对其驱动电流为敏感的。举例来说，驱动电流中的纹波可引起用户可察觉的闪光，其中驱动白炽灯泡的相同纹波不会产生可察觉的闪光。
LED灯泡的大多数用户希望简单地将白炽灯泡替换为LED灯泡并使用曾与白炽灯泡一起使用的现有调光器。然而，这些调光器通常是针对例如不易受小纹波电流影响的白炽灯泡或吊式风扇等装置制作的，且因此这些调光器的输出电流在其输出正弦信号的正部分与负部分之间具有某一不平衡性。此不平衡性可在由LED灯泡发射的光中引起闪光，这可能是可察觉的。本文中所描述的电路及方法减少由调光器104引起的不平衡性的效应，这会减少由灯泡106发射的光中的闪光。
另外参考图2，其为位于调光器104内的电路110的实施例的示意图。电路110为使用双向可控硅T1来实现调光目的的常规调光电路。应注意，调光器104及因此电路110与灯泡106及AC线电压源112(本文中称为线电压112)串联连接。举例来说，线电压112可为110v且处于60Hz。双向可控硅T1充当开关且在正弦线电压112的部分期间将电路110闭合。可变电阻器R1确定双向可控硅T1闭合时的电压，所述电压有时称为触发角。通过调整可变电阻器R1，可使电路110的导通角变化，这会使到灯泡106的电压及电流变化。存在许多不同的调光器电路，但其在正弦线电压的特定周期期间产生将电路110断开及闭合的相同结果。
导通角由图3的曲线图展示，其为穿过电路110的电流的实例。线电压112供应由图3的实线及虚线展示的AC正弦电压。为便于参考，展示了正弦电压的一个循环且所述循环具有180度的正相位120及180度的负相位122。在电压达到由可变电阻器R1确定的特定电平之前，电路110中的双向可控硅T1阻止电流流动穿过电路110及因此灯泡106。通过使电流以不同角度停止，电路110维持到灯泡106的AC电流，但电流的量会变化。
供应到灯泡106的电压的实例由图3中的实线展示，所述实线还可描述供应到灯泡106的电流。在正相位120期间，电流在导通角α1的周期期间流动穿过灯泡104。在由角度β1表示的关断周期期间，电流不会流动。应注意，角度α1与β1的和总计达180度的正相位120。在负相位122期间，电流在导通角α2的周期期间流动穿过灯泡104。在由角度β2表示的关断周期期间，电流不流动。角度α2与β2的和总计达180度的负相位122。在本文中所描述的实施例中，导通角α1未必等于导通角α2。不相等的导通角α2、β2表示了上文所描述的不平衡性。
再次参考图1，灯泡106内的LED驱动器130使用图3中所展示的电压来驱动灯泡106内的LED 108。图4中展示LED驱动器130的实施例的框图。将LED驱动器130的数个元件描述为个别电路。应注意，所述元件的全部或其中的一些可位于单个电路上。LED驱动器130具有可连接到电路110的输入。所述输入连接到全波整流器140。全波整流器140具有可连接到由电容器C1及电感器L1组成的滤波器142的输出。应注意，滤波器142可为使全波整流器140的输出平滑的任何数目及配置的组件。在一些实施例中，不使用滤波器142。
滤波器142的输出连接到DC/DC转换器144及决策电路148两者。DC/DC转换器144从滤波器142接收经滤波电压并使其逐步升高或降低，如下文所描述。应注意，当存在负载时，来自滤波器142的电流输出与来自滤波器142的电压输出实质上同相。决策电路148监测来自滤波器142的电压输出以确定DC/DC转换器144是否需要使输出电流逐步升高或降低。举例来说，决策电路148可分析经滤波信号的AC分量以确定平衡电路150是否需要对电流进行平衡。
决策电路148具有连接到平衡电路150的输出。平衡电路150具有连接到DC/DC转换器144的输出使得平衡电路150控制来自滤波器142的电流输出由DC/DC转换器144逐步升高或降低或以其它方式调整到的电平。举例来说，DC/DC转换器144可使来自滤波器142的电流输出的DC分量衰减或放大。平衡电路150可为分析电压分析器148的输出并致使DC/DC转换器144基于来自平衡电路150的输入而调整输出电压(这将固有地调整输出电流)的数字电路、软件、固件或其它装置。
参考图5的流程图200来描述LED驱动器130的操作。图3中所展示的电流存在于灯泡106处及全波整流器140的输入处。全波整流器140以常规方式对输入电流进行整流，如流程图200的步骤202中所描述。全波整流器140输出如图6中所展示的信号，其是来自线电压112的两个循环的经整流信号。如所展示，在导通角α1期间比在导通角α2期间存在更高且更长的电压。
图6的信号由滤波器142进行滤波以产生如图7中所展示的信号152。信号152具有为导通角α1的结果的第一循环154及为导通角α2的结果的第二循环156。由导通角α1产生的循环154在电流I1处形成峰值或可称为具有振幅I1。由导通角α2产生的循环156在电流I2处形成峰值或可称为具有振幅I2，其中电流I1大于电流I2。循环154下降到电流I3且循环156下降到电流I4，其中电流I3大于电流I4。另外，循环154比循环156长。由电流I3及I4表示的点有时称为谷值。出于参考目的，在本文中的一些情况中，这些点可指代为循环154、156的振幅或与循环154、156的振幅有关。
决策电路148监测波形152以确定是否需要对其进行平衡，如流程图200的决策框204中所描述。举例来说，决策电路148可将峰值电流I1与峰值电流I2进行比较。可通过测量第一峰值电流且接着搜索下一峰值并对其进行测量来实现所述测量。通过此测量，两个邻近峰值的电流值得以测量。如果差不大于预定值，那么来自图1的LED 108的所得闪光输出可能是察觉不到的，且可不执行平衡，如框206中所展示。如果差大于预定值，那么决策电路148可指示平衡电路148对电流进行平衡，如框210中所展示。
在本文中所描述的实施例中，波形152失去平衡，因为循环154的峰值电流I1与循环156的峰值电流I2相差超过预定值。如果使用此波形来驱动LED 108，那么LED 108将闪烁而达到闪光可由用户察觉到的程度。如所展示，闪光将以与线电压112的频率相同的频率发生。因此，如果线电压112以60Hz的频率操作，那么来自经整流及经调光信号的闪光也将具有60Hz的频率，其可由用户察觉，尤其是在LED 108正在暗淡条件中操作的情况下。在明亮条件中，LED 108中的磷光体及其它化学品可在移除到LED 108的电流之后在短期内发余光。此余光将减少光中的可察觉闪光。然而，在暗淡照明条件中将不会实现余光，这使得暗淡条件中的闪光更易察觉。
对波形152进行平衡涉及确定需要施加到波形152的调整量，如在步骤212处所描述。所述平衡涉及测量或分析滤波器142的输出处的波形152，这可由决策电路148来执行。决策电路148可确定波形152中的峰值及谷值的电流以及其时间位置。此信息被传输到平衡电路150，平衡电路150确定如何对波形152进行平衡。举例来说，可将循环154的峰值电流I1降低到循环156的峰值电流I2的电平。还可将波形154、156调整到相同长度。
将用于实现对波形152的平衡的信息或控制信号传输到DC/DC转换器144，如步骤214中所描述。所述指令致使DC/DC转换器144对波形152进行平衡，如步骤216中所描述。所述指令可致使DC/DC转换器144在对应于导通角α1的周期期间降低输出电流。因此，导通角α1期间的峰值电流可降低到电流电平I2，其对应于导通角α2的周期期间的峰值电流。举例来说，DC/DC转换器144可使波形152的DC分量衰减或放大。
平衡的结果是波形152被转换为图8中所展示的波形160。如所展示，峰值电流为相同的，这减少在线电压112的频率下原本将发生的闪光。波形160具有纹波，但其是已经平衡的。因此，由图1的LED 108发射的任何闪光将以为线电压112的频率的两倍的频率闪烁。举例来说，如果线电压正以60Hz的频率操作，那么由LED 108发射的闪光将处于120Hz的频率，其可察觉性小于60Hz的闪光。
所属领域的技术人员将了解，在所主张发明的范围内，可对所描述的实例性实施例做出修改，且也可存在许多其它实施例。

Claims (20)

1.一种对用以驱动LED的第一波形进行平衡的方法，所述第一波形具有拥有第一振幅的第一循环及拥有第二振幅的第二循环，所述方法包括：
将所述第一循环的所述第一振幅调整为与所述第二循环的所述第二振幅匹配，结果是第二波形；以及
用所述第二波形来驱动所述LED。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一振幅大于所述第二振幅，且其中所述调整包括使所述第一循环衰减使得所述第一振幅与所述第二振幅匹配。
3.根据权利要求1所述的方法，且其进一步包括确定所述第一振幅是否与所述第二振幅相差不超过预定值，且如果所述第一振幅与所述第二振幅相差不超过预定值，那么跳过所述调整。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一波形是由按所述第一循环期间的第一导通角及所述第二循环期间的第二导通角衰减的正弦波形整流得到的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一循环具有DC分量，且其中通过改变所述第一循环的所述DC分量来执行所述调整。
6.根据权利要求5所述的方法，其中通过DC/DC转换器来执行所述调整。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一振幅小于所述第二振幅，且其中所述调整包括放大所述第一循环使得所述第一振幅与所述第二振幅匹配。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一循环具有与其相关联的峰值，所述第二循环具有与其相关联的峰值，且其中所述振幅是基于所述峰值。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一循环具有与其相关联的谷值，所述第二循环具有与其相关联的谷值，且其中所述振幅是基于所述谷值。
10.一种LED驱动器，其包括：
输入端，其用于接收输入电流，所述输入电流具有拥有第一导通角的第一循环及拥有第二导通角的第二循环；
决策电路，其中所述决策电路确定所述第一循环的振幅何时与所述第二循环的振幅相差不超过预定值；以及
转换器，其中当所述第一循环的所述振幅与所述第二循环的所述振幅相差超过所述预定值时，所述转换器将所述第一循环的所述振幅调整为实质上等于所述第二循环的所述振幅。
11.根据权利要求10所述的LED驱动器，且其进一步包括连接到所述输入端的整流器，其中所述整流器对所述输入电流进行整流，且其中所述决策电路监测经整流电流以确定是否需要对所述经整流电流进行平衡。
12.根据权利要求10所述的LED驱动器，其中所述转换器为DC/DC转换器。
13.根据权利要求10所述的LED驱动器，其中所述第一循环具有DC分量，且其中所述转换器调整所述第一循环的所述DC分量。
14.根据权利要求10所述的LED驱动器，且其进一步包括平衡电路，其中所述平衡电路从所述决策电路接收指示需要调整所述第一循环的数据并向所述转换器输出关于将调整所述第一循环的振幅量的数据。
15.根据权利要求14所述的LED驱动器，其中所述转换器、平衡电路及决策电路被集成到单个电路中。
16.根据权利要求10所述的LED驱动器，其中所述决策电路确定所述第一循环的所述振幅是否低于所述第二循环的所述振幅且将具有所述第一循环的所述振幅及所述第二循环的所述振幅中的较大者的所述循环调整到较低振幅。
17.根据权利要求10所述的LED驱动器，其中所述第一循环具有与其相关联的峰值，所述第二循环具有与其相关联的峰值，且其中所述振幅是基于所述峰值。
18.根据权利要求10所述的LED驱动器，其中所述第一循环具有与其相关联的谷值，所述第二循环具有与其相关联的谷值，且其中所述振幅是基于所述谷值。
19.根据权利要求10所述的LED驱动器，其中所述LED驱动器位于灯泡中。
20.一种对用以驱动LED的第一电流波形进行平衡的方法，所述波形具有拥有第一振幅的第一循环及拥有第二振幅的第二循环，所述方法包括：
对所述第一电流波形进行整流；
确定所述第一振幅与所述第二振幅是否具有大于预定值的差；
当所述第一振幅与所述第二振幅之间的所述差大于预定值时，确定必须使所述第一振幅及所述第二振幅中的较大者衰减的量；
将所述第一振幅及所述第二振幅中的所述较大者调整到所述第一振幅及所述第二振幅中的较低者，所得波形是第二电流波形；以及
用所述第二电流波形来驱动所述LED。
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