CN104883799A - 用于led驱动的控制方法、控制电路、系统及led灯具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于LED驱动的控制方法、控制电路、系统及LED灯具。本发明提供了一种用于LED驱动系统的控制方法，包括：将反应与LED驱动系统相连接的可控硅开关的开启与断开状态的电压与第一阈值电压进行比较；当该电压小于第一阈值电压时，确定该可控硅开关断开，产生维持可控硅开关正常工作的泄放电流。因此，本发明可自动检测与LED驱动系统相连接的可控硅开关的开启和断开状态，在可控硅开关断开时产生维持可控硅正常工作的泄放电流，以避免由于开关断开阶段无维持电流所产生的工作异常进而引起再次开启系统时出现闪烁。

Description

用于LED驱动的控制方法、控制电路、系统及LED灯具

技术领域

本发明属于电子照明领域，尤其涉及一种用于LED驱动的控制方法、控制电路、LED驱动系统以及LED灯具。

背景技术

诸如声光控感应开关、触摸延时开关的各种可控硅开关也广泛应用于楼道、建筑走廊、洗漱室、厕所、厂房庭院等场所，它们是一种现代的新颖的节能照明开关。最初设计这种可控硅开关是配合白炽灯负载，它可以节约用电，还能帮助延长白炽灯泡的使用寿命。但是，随着在材料领域的技术进步以及生产工艺上的改进，LED光源由于它的高发光效率，长工作寿命，逼真的颜色，环保等优势，正在逐渐替代传统的白炽灯在照明中的应用。由于白炽灯是电阻负载特性，即使在可控硅开关断开阶段也能产生一定的维持电流使得可控硅开关工作而不出现异常，然而当前LED照明系统中由于LED在未被点亮(即LED未导通)前，系统输出呈容性负载特性，在可控硅开关断开阶段由于没有维持电流导致可控硅开关出现异常，影响了LED在这类可控硅开关照明系统中的应用。

图1示出了现有技术中典型的LED照明系统。该系统采用原边控制(PSR)、单级功率因数校正(PFC)和反激式(Flyback)架构，功率开关M1源极驱动，是当前比较常用的低成本、高功率因数、高效率的LED照明方案。作为示例，如图1所示LED驱动系统可包括电磁干扰(EMI)抑制电路110、整流电路120和能量转换电路130。其中，由电感LX、电容CX1和CX2所构成的EMI抑制电路110可用于对电路中的电磁干扰进行抑制。整流电路120用于对经由EMI抑制电路110输入的输入交流电进行整流以向能量转换电路130输出脉动直流电。能量转换电路130用于向LED颗粒提供所需要的电流和电压。

如图1所示，AC输入电压VAC经过电磁干扰(EMI)抑制电路110和整流电路120后输出不小于0V的电压Vbulk。电压Vbulk通过电阻R101对电容C101进行充电，PWM控制器100的GATE引脚连接至电阻R101与电容器C101之间并连接至功率开关M1的栅极。当GATE电压与功率开关M1的源极(也即PWM控制器100的SW引脚)的电压之间的电压差高于功率开关M1的阈值电压时功率开关M1开始导通，PWM控制器100通过内部电路给VDD引脚外的电容C102充电，当充电至PWM控制器100的预定的UVLO关闭阈值电压时，PWM控制器100开始启动，PWM控制器100通过连接到功率开关M1的源极的引脚SW输出一定频率和占空比的PWM脉冲信号控制功率开关M1的通断，以实现恒定的系统输出电流进行工作。这里，所述功率开关M1可以为增强型N沟道MOSFET。

变压器T1的辅助绕组NAUX在PWM控制器100的GATE输出高电平时对电容C103进行充电以维持控制器正常工作，同时辅助绕组NAUX的电压经电阻R103、R104分压后经由PWM控制器100的反馈输入引脚FB输入到PWM控制器100内部以检测变压器T1次级侧Ns退磁结束，从而控制PWM控制器100内部的误差放大器对PWM控制器100的CMP引脚连接的电容C103进行充放电。电阻R102检测变压器T1的原边Np的电流，电阻R102上的电压通过PWM控制器100的CS引脚输入到PWM控制器100内部进行逐周期处理，电阻R102的峰值电压被采样后传送至PWM控制器100内部的误差放大器的输入端。C104为系统输出电压保持电容，用于维持LED稳定的电流输出。

图1示出的只是作为示例，在现有技术中，为了节省成本，有些LED驱动电路并不包括EMI抑制电路。

图2示出了根据现有技术的PWM控制器100的内部框图。PWM控制器100的各个引脚功能如下：

VDD：电源引脚；

GATE：外部功率MOSFET栅极驱动；

SW：外部功率MOSFET源极驱动；

CS：电流检测输入引脚，原边电流经过与CS连接的电阻R102被检测出来；

FB：零电流检测引脚，当FB被激活时，一个新的开关周期开始。这个引脚被连接到辅助绕组Naux到地的电阻分压；

CMP：PWM控制器100内部的误差放大器(EA)的输出引脚，该引脚与电容器C103连接以进行环路补偿。

如图2所示，PWM(脉宽调制)控制器100包括功率因数校正及恒流控制单元210、PWM逻辑单元220、UVLO(低压锁定)单元230、FB检测单元240、钳位单元250、驱动器260。

其中，PWM控制器100内部的各个单元的基本工作原理如下所述：

PWM控制器100的GATE引脚连接至外置的功率开关M1的栅极。PWM控制器100启动时GATE引脚被钳位电路钳位至一固定电压，使得功率开关M1导通，由PWM控制器100的SW引脚通过PWM控制器100内部的二极管D2对VDD引脚充电。UVLO单元230检测引脚VDD处的电压，当引脚VDD被充电至高于UVLO关闭阈值电压时，PWM控制器100正常工作，而当VDD处的电压低于关闭阈值电压时，PWM控制器100不能工作。功率因数校正及恒流控制单元210中的误差放大器对从CS引脚检测到的变压器原边峰值电流进行误差放大，CMP是该误差放大器的输出的电压信号。开关M2是PWM控制器100内部的N沟道耗尽式MOSFET开关管，其漏极连接至PWM控制器100内的SW引脚以驱动功率开关M1的源极。具体来说，在每个工作周期内，当驱动器260输出为高电平，开关M2接通，从源级驱动功率开关M1，流过开关M2的电流缓慢增加，PWM控制器100的CS引脚上的电压也缓慢增长，当该CS引脚上的电压大于PWM逻辑单元220内部受CMP控制的信号电压，PWM逻辑单元220输出控制信号使驱动器260输出低电平，断开开关M2，从而也断开PWM控制器100外部的功率开关M1；在功率开关M1断开期间，变压器T1开始退磁，当FB检测单元240经由引脚FB检测到退磁结束后，重新开启开关M2，并经过SW引脚输出的电压信号从源级驱动功率开关M1。钳位电路250的输出连接至GATE引脚，用来钳位稳定GATE电压。

图1及图2所示的典型LED照明系统中由于没有针对可控硅开关的断开或者开启做判断控制，所以系统在连接可控硅开关时，在可控硅开关的断开阶段由于系统无法提供持续的维持电流导致可控硅开关工作异常，当可控硅开关再次开启时，系统就会出现因可控硅开关异常导致电压不稳定进而出现LED闪烁现象。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种用于LED驱动系统的控制方法，包括：将反应与LED驱动系统相连接的可控硅开关的开启与断开状态的电压与第一阈值电压进行比较；当该电压小于第一阈值电压时，确定该可控硅开关断开，产生维持可控硅开关正常工作的泄放电流。

根据本发明的另一方面，所述控制方法还可包括：将该电压与第二阈值电压进行比较；当该电压大于第二阈值电压时，确定该可控硅开关开启，不产生泄放电流，其中，第一阈值电压小于第二阈值电压。

根据本发明的另一方面，可通过可变电阻来调节流过可控硅开关的泄放电流的大小。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于LED驱动的控制电路，所述控制电路包括在与可控硅开关相连接的LED驱动系统中，所述控制电路包括第一控制端子和第二控制端子，其中，第一控制端子通过二极管与第二控制端子连接，所述控制电路包括：第一电阻和第二电阻，串联连接在第二控制端子与地之间；电压比较器，用于将第一电阻和第二电阻相连接的节点的电压与第一阈值电压进行比较并输出比较信号，其中，所述电压反映了可控硅开关的开启与断开的状态；开关，其栅极连接至比较器的输出以接收比较信号，漏极连接至第一控制端子，源极与可变电阻连接，其中，在第一电阻和第二电阻相连接的节点的电压小于第一阈值电压时，确定可控硅开关断开，比较信号为高电平，开关导通，从而产生维持可控硅开关正常工作的泄放电流；可变电阻，连接在所述开关的源极与地之间以控制流过开关的电流。

根据本发明的另一方面，所述开关的漏极可通过电流镜电路连接到第一控制端子。

根据本发明的另一方面，所述电压比较器还可用于将第一电阻和第二电阻相连接的节点的电压与第二阈值电压进行比较并输出比较信号，当第一电阻和第二电阻相连接的节点的电压大于第二阈值电压时，确定可控硅开关开启，比较器输出的比较信号为低电平，开关断开，其中，第一阈值电压小于第二阈值电压。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括上述的控制电路的原边控制反激式的LED驱动系统，所述LED驱动系统与可控硅开关连接，所述LED驱动系统还包括：

整流电路，对输入交流电进行整流以向能量转换电路输出脉动直流电，能量转换电路，对从整流电路输入的脉动直流电进行能量转换从而向LED颗粒提供需要的电流和电压，其中，能量转换电路基于从整流电路输入的脉动直流电压信号以及从所述控制电路的第三控制端子输出的信号，向LED颗粒提供所需要的电压和电流，其中，包括在能量转换电路中的功率开关的源极连接所述控制电路的第一控制端子，所述功率开关的漏极连接至包括在能量转换电路中的变压器的原边绕组，所述功率开关的栅极连接至所述控制电路的第三控制端子；所述控制电路的第二控制端子连接至包括在能量转换电路中的变压器的辅助绕组，并且与电容器连接以对电容器进行充电；能量转换电路中的变压器的副边绕组的输出连接LED颗粒所形成的负载，能量转换电路中的变压器的辅助绕组反映所述副边绕组输出电压的变化。

根据本发明的另一方面，还提供了一种包括如上所述的控制电路的LED灯具。

因此，本发明可自动检测与LED驱动系统相连接的可控硅开关的开启和断开状态，在可控硅开关断开时产生维持可控硅正常工作的泄放电流，以避免由于开关断开阶段无维持电流所产生的工作异常进而引起再次开启系统时出现闪烁。

附图说明

图1是现有技术中常用的LED照明系统的结构示意图。

图2是现有技术中PWM控制器100的内部框图。

图3示出了根据本发明示例性实施例的PWM控制器100的内部框图。

图4示出了根据本发明示例性实施例的方法的流程图。

图5为根据本发明示例性实施例的添加到PWM控制器100的泄放单元的示例性示图。

图6为根据本发明另一示例性实施例的添加到PWM控制器100的泄放单元的示例性示图。

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。

本发明基于现有技术中典型的开关电源LED照明系统，通过PWM控制器100检测可控硅开关的工作状态，并在可控硅开关断开阶段产生维持电流以维持可控硅开关的正常工作，进一步地，本发明不增加任何外部元器件，节约了系统成本。

图3示出了根据本发明示例性实施例的PWM控制器100的内部框图。图3与图2的不同之处在于增加了泄放单元270。泄放单元270用于根据VDD引脚上的电压(也称作VDD电压)来检测LED照明系统的可控硅开关的状态，如果可控硅开关断开就启用泄放单元270以产生维持可控硅开关的正常工作的泄放电流，如果可控硅开关已经开启就禁用泄放单元270而不产生泄放电流以减少LED照明系统的损耗。

图4示出了具体的检测方法的流程图。根据本发明示例性实施例，PWM控制器100通过比较电路来检测LED照明系统的可控硅开关的状态。该流程图分成两个部分，左边的流程图是PWM控制器100通过检测外部开关是否开启来控制泄放单元的工作，这是本申请的最基本方法和思路，右边的流程图是这个方法的具体实现，通过检测VDD电压来控制泄放单元。如图4所示，如果可控硅开关断开(相应于图4中的“否”)就开启泄放单元270产生维持可控硅开关的正常工作的泄放电流，如果可控硅开关已经开启(相应于图4中的“是”)就禁用泄放单元270以减少LED照明系统的损耗，LED照明系统中的可控硅开关正常工作。其中，如图4所示，可控硅开关的状态判断是通过PWM控制器100的VDD引脚处的VDD电压进行检测的。通过将VDD电压与预定阈值Vth进行比较，来确定可控硅开关开启或者断开的工作状态，从而禁用泄放单元270或者启用泄放单元270。

具体来讲，当LED照明系统的可控硅开关断开时，由于无法提供充足的电压和能量，PWM控制器100的VDD电压会自然掉电，当VDD电压下降到设置的第一阈值电压时PWM控制器产生泄放电流。当LED照明系统的可控硅开关重新开启时，VDD电压升高，当VDD电压上升到设置的第二阈值电压时PWM控制器100禁用泄放单元270，不产生泄放电流。这里需要特别说明的是，如果LED照明系统的可控硅开关断开时间过长，VDD电压将低至0V附近，此时PWM控制器100也不能工作，也无法产生泄放电流致使可控硅开关工作异常，但是当LED照明系统的可控硅开关重新开启时，在LED照明系统正常工作时LED被点亮之前，由PWM控制器100控制所产生的泄放电流能够使可控硅开关因为有充足的维持电流而正常工作，就可以实现整个LED照明系统的正常工作，LED也不会出现闪烁现象。这里，设置第一阈值电压和第二阈值电压来决定LED照明系统中的可控硅开关的开启和断开可防止因信号噪声干扰导致PWM控制器100在不同状态间的来回切换，也就是说，VDD电压在启动上电时，需要达到更高的阈值才会禁用泄放单元，而从正常工作到下电的过程中需要降到更低的阈值才产生泄放电流。

图5为根据本发明第一示例性实施例的添加到PWM控制器100的泄放单元270的示例性示图。为了简明起见，在图5中只示出了PWM控制器100的部分相关的引脚和电路，PWM控制器100的外围电路与图1所示的外围电路相同。如图5所示，开关管M3、比较器Comp1和可变电阻R2以及电阻R4、R5共同组成了LED照明系统的用于可控硅开关的泄放单元270。电阻R4和R5串联连接在引脚VDD和地之间以检测引脚VDD的电压(也称作VDD电压)，比较器Comp1将与VDD电压相应的电压(诸如电阻R5上的电压，也即电阻R4和R5相连接的节点的电压)与阈值电压进行比较。当与VDD电压相应的电压低于设置的第一阈值电压Vth1时，比较器Comp1输出信号为高电平信号，开关M3导通，形成电流通路产生泄放电流I_L。这个泄放电流通过外部功率管M1，变压器原边绕组的电感L1作用在LED照明系统的可控硅开关上，泄放电流I_L的大小通过可变电阻R2调节。当与VDD电压相应的电压高于设置的第二阈值参考电压Vth2时，比较器Comp1输出低电平信号，开关M3断开，不产生泄放电流。其中，第二阈值参考电压Vth2比第一阈值参考电压Vth1高。这里，例如，所述开关管M3可以为增强型N沟道MOSFET。

图6是本发明另一示例性实施例的PWM控制器100内部的泄放单元270的电路图的示例性示图。为了简明起见，在图6中只示出了PWM控制器100的部分相关的引脚和电路，PWM控制器100的外围电路与图1所示的外围电路相同。二极管D3、由MOSFET管M4和M5构成的电流镜电路、开关M3、比较器Comp1、可变电阻R2和电阻R4、R5共同组成了泄放单元270。电阻R4和R5串联连接在引脚VDD和地之间以对引脚VDD处的VDD电压进行分压，比较器Comp1将与VDD电压相应的电压(比如电阻R5上的电压)与第一阈值参考电压Vth1进行比较。当与VDD电压相应的电压低于第一阈值参考电压Vth1时，比较器Comp1输出高电平信号接通开关M3，使可变电阻R2与M4、M5连接，M4、M5形成电流镜电路，在M5上产生K倍于M4的电流，这里，K为M5、M4形成的电流镜电路比例。当开关M3导通时，泄放电流I_L通过二极管D3、外部功率管M1、变压器原边绕组的电感L1作用在LED照明系统的可控硅开关上，二极管D3的功能是维持电流的方向，泄放电流I_L的大小可通过可变电阻R2调节。当与VDD电压相应的电压高于设置的第二阈值参考电压Vth2时，比较器Comp1输出低电平信号断开开关M3，使R2与M4、M5所构成的电流镜电路断开，而不产生泄放电流。第二阈值参考电压Vth2比第一阈值参考电压Vth1高。这里，例如，所述开关管M3可以为增强型N沟道MOSFET，而M4、M5为增强型P沟道MOSFET。

根据本发明示例性实施例，提供了一种适用于声控开关、延时开关等可控硅开关的LED控制方法、控制电路及其LED驱动系统及灯具，所述LED控制方法以及控制电路及其LED驱动系统自动检测系统的可控硅开关的开启和断开，采用智能控制技术产生维持电流，可以稳定可控硅开关的工作状态，使LED系统不出现由于开关断开阶段无维持电流所产生的工作异常进而引起再次开启系统时出现闪烁。

尽管已描述了本发明的特定实例，然而本领域技术人员应该明白，存在与所描述实例等同的其它实例。因此，本领域技术人员应该明白，本发明不局限于所示出的特定实例，而是仅由权利要求的范围来限定。

Claims (8)

1.一种用于LED驱动系统的控制方法，包括：

将反应与LED驱动系统相连接的可控硅开关的开启与断开状态的电压与第一阈值电压进行比较；

当该电压小于第一阈值电压时，确定该可控硅开关断开，产生维持可控硅开关正常工作的泄放电流。

2.如权利要求1所述的控制方法，还包括：

将该电压与第二阈值电压进行比较；

当该电压大于第二阈值电压时，确定该可控硅开关开启，不产生泄放电流，其中，第一阈值电压小于第二阈值电压。

3.如权利要求2所述的控制方法，通过可变电阻来调节流过可控硅开关的泄放电流的大小。

4.一种用于LED驱动的控制电路，所述控制电路包括在与可控硅开关相连接的LED驱动系统中，所述控制电路包括第一控制端子和第二控制端子，其中，第一控制端子通过二极管与第二控制端子连接，所述控制电路包括：

第一电阻和第二电阻，串联连接在第二控制端子与地之间；

电压比较器，用于将第一电阻和第二电阻相连接的节点的电压与第一阈值电压进行比较并输出比较信号，其中，所述电压反映了可控硅开关的开启与断开的状态；

开关，其栅极连接至比较器的输出以接收比较信号，漏极连接至第一控制端子，源极与可变电阻连接，其中，在第一电阻和第二电阻相连接的节点的电压小于第一阈值电压时，确定可控硅开关断开，比较信号为高电平，开关导通，从而产生维持可控硅开关正常工作的泄放电流；

可变电阻，连接在所述开关的源极与地之间以控制流过开关的电流。

5.如权利要求4所述的控制电路，其中，所述开关的漏极通过电流镜电路连接到第一控制端子。

6.如权利要求4-5中的任何一项所述的控制电路，其中，所述电压比较器还用于将第一电阻和第二电阻相连接的节点的电压与第二阈值电压进行比较并输出比较信号，当第一电阻和第二电阻相连接的节点的电压大于第二阈值电压时，确定可控硅开关开启，比较器输出的比较信号为低电平，开关断开，其中，第一阈值电压小于第二阈值电压。

7.一种包括如权利要求4-6中的任一项所述的控制电路的原边控制反激式的LED驱动系统，所述LED驱动系统与可控硅开关连接，所述LED驱动系统还包括：

整流电路，对输入交流电进行整流以向能量转换电路输出脉动直流电，

能量转换电路，对从整流电路输入的脉动直流电进行能量转换从而向LED颗粒提供需要的电流和电压，其中，能量转换电路基于从整流电路输入的脉动直流电压信号以及从所述控制电路的第三控制端子输出的信号，向LED颗粒提供所需要的电压和电流，

其中，包括在能量转换电路中的功率开关的源极连接所述控制电路的第一控制端子，所述功率开关的漏极连接至包括在能量转换电路中的变压器的原边绕组，所述功率开关的栅极连接至所述控制电路的第三控制端子；所述控制电路的第二控制端子连接至包括在能量转换电路中的变压器的辅助绕组，并且与电容器连接以对电容器进行充电；能量转换电路中的变压器的副边绕组的输出连接LED颗粒所形成的负载，能量转换电路中的变压器的辅助绕组反映所述副边绕组输出电压的变化。

8.一种包括如权利要求4-6中的任何一项所述的控制电路的LED灯具。