CN106102247B - Led驱动装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了LED驱动装置及其控制方法。所述LED驱动装置经由交流供电线连接至多个调光器，包括：整流桥，用于将交流输入电压整流以获得直流母线电压；功率转换模块，用于根据直流母线电压产生直流输出电压，从而为LED灯供电；解耦模块，用于从直流母线电压获得电力载波信号，并且解码出调光数据信号；验证模块，与解耦模块相连接，用于对调光数据信号进行校验，以判断所述调光数据信号的完整性；控制模块，与验证模块相连接，用于根据调光数据信号产生控制信号，从而调节功率转换模块的输出电压和/或电流，其中，所述验证模块在校验正确的情形下，将调光数据信号传送至所述控制模块，使得所述LED驱动装置择一响应所述多个调光器。

Description

LED驱动装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及光源控制技术，更具体地，涉及LED驱动装置及其控制方法。

背景技术

在发光二极管(light-emitting diode,LED)用于照明领域时，采用LED调光装置调节亮度以满足用户的个性化需求或者根据环境需要调光以降低能耗。采用LED调光装置可以调整LED的亮度和色温，以达到用户的需求。

LED调光装置例如采用传统的可控硅调光器。然而，可控硅调光器存在维持电流一致性不一的问题，而且各个国家、各个品牌的产品也存在差异，容易出现调光器兼容性的问题。此外，在调光过程中还会出现闪烁等现象。进一步改进的LED调光装置采用功率转换模块提供直流输出电压，通过改变流过LED灯的电流实现调光。功率转换模块可以适应宽范围的供电电压并且提供稳定的电流，并且可以实现智能调光，因此已经得到广泛的应用。

图1示出根据现有技术的LED调光系统的示意性框图。该LED调光系统包括调光器110、LED驱动装置120和LED灯130。调光器110和LED驱动装置120经由交流供电线相连接。调光器110根据用户的操作产生电力载波信号。LED灯130作为功率转换模块的负载，连接在LED驱动装置120的两个输出端之间。

LED驱动装置120包括整流桥111、功率转换模块122、解耦模块123和控制模块124。该整流桥111从市电电网获得交流输入电压，并且经过整流获得直流母线电压。功率转换模块122将直流母线电压进一步转换成直流输出电压。解耦模块123从直流母线电压获得电力载波信号，并且解码出调光数据信号，控制模块124根据调光数据信号进一步产生控制信号。功率转换模块122在控制信号的控制下调节输出电压和/或电流。由于输出电压和/或电流的变化，LED的亮度、颜色会发生变化。

在该LED调光系统中，调光器和LED驱动装置串联连接，并且采用公共的相线和零线供电以及传输电力载波信号。在现有的LED调光系统中，LED驱动装置仅能接收一个调光器的信号。然而，在实际应用环境中，希望可以采用多个调光器控制一个LED驱动装置。例如，LED灯用于照明系统时，多个调光器可以安装在不同的位置，以控制同一个LED灯。

因此，期望进一步开发采用多个调光器对LED灯进行调光的LED驱动装置及其控制方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种LED驱动装置及其控制方法，其中，采用验证模块对调光数据信号进行校验后才调节输出电压和/或电流，从而允许采用多个调光器控制LED灯。

根据本发明的一方面，提供一种LED驱动装置，所述LED驱动装置经由交流供电线连接至多个调光器，其特征在于，包括：整流桥，用于将交流输入电压整流以获得直流母线电压；功率转换模块，用于根据直流母线电压产生直流输出电压，从而为LED灯供电；解耦模块，用于从直流母线电压获得电力载波信号，并且解码出调光数据信号；验证模块，与解耦模块相连接，用于对调光数据信号进行校验；控制模块，与验证模块相连接，用于根据调光数据信号产生控制信号，从而调节功率转换模块的输出电压和/或电流，其中，所述验证模块在校验正确的情形下，将调光数据信号传送至所述控制模块，使得所述LED驱动装置择一响应所述多个调光器。

优选地，所述功率转换模块是反激式功率变换器。

优选地，所述解耦模块包括：峰值检测电路，用于检测直流母线电压的峰值，其中所述LED驱动装置在检测到峰值之后，进一步检测脉冲信号。

优选地，所述解耦模块包括：高通滤波器，用于从直流母线电压获得高频信号；以及比较器，用于将所述高频信号与参考电压相比较，以产生所述调光数据信号。

优选地，所述验证模块检测调光数据信号的脉冲宽度，并且根据脉冲宽度判断调光数据的完整性，其中，如果调光数据信号的脉冲宽度符合预定值，则判定调光数据信号完整，如果调光数据信号的脉冲宽度不符合预定值，则判定调光数据信号不完整。

优选地，所述验证模块解码获得调光数据中的校验位，并且根据校验位判断调光数据的完整性。

优选地，所述验证模块解码获得调光数据中的调光器标识，并且与存储的标识列表相比较，以判断所述调光数据是否来自关联的调光器，从而判断调光数据的合法性，使得所述LED驱动装置仅仅响应相关联的调光器。

根据本发明的另一方面，提供一种LED调光控制方法，用于控制经由交流供电线连接至多个调光器的LED驱动装置，所述方法包括：接收连续的调光数据信号；对调光数据信号进行校验；以及根据调光数据信号调节所述LED驱动装置的输出电压和/或电流，其中，在根据调光数据信号调节LED的步骤中，如果校验正确,则执行调光，如果校验不正确，则放弃调光，使得所述LED驱动装置择一响应所述多个调光器。

优选地，所述校验的步骤包括：获得调光数据信号的脉冲宽度；以及根据脉冲宽度判断调光数据信号的完整性，其中，如果调光数据信号的脉冲宽度符合预定值，则判定调光数据信号完整，如果调光数据信号的脉冲宽度不符合预定值，则判定调光数据信号不完整。

优选地，采用脉冲上升沿和下降沿的检测电路获得调光数据信号的脉冲宽度。

优选地，所述校验的步骤包括：解码获得调光数据中的校验位；以及根据校验位判断调光数据的完整性。

优选地，所述校验的步骤包括：解码获得调光数据中的调光器标识；将调光器标识与存储的标识列表相比较；以及根据比较结果判断所述调光数据是否来自关联的调光器，从而判断调光数据的合法性，使得所述LED驱动装置仅仅响应相关联的调光器。

优选地，所述调节的步骤包括：解码获得调光数据中的数据类型和亮度数据；以及根据数据类型和亮度数据调节所述LED驱动装置的输出电压和/或电流。

优选地，所述数据类型包括数值型、递增型、递减型中的一种。

优选地，在数据类型为数值型的情形下，根据亮度数据设置LED灯的亮度级。

优选地，在数据类型为递增型或递减型的情形下，根据亮度数据改变LED灯的亮度级。

根据本发明实施例的LED驱动装置对调光数据信号进行校验，以判断调光数据信号的完整性，从而允许多个调光器控制同一个LED驱动装置。在LED驱动端，仅仅经过校验正确的调光数据信号才可以进一步提供至控制模块，用于LED灯的调光控制。该校验电路可以避免多个调光器之间的干扰。

在优选的实施例中，LED驱动装置还判断调光数据的合法性，其中解析调光数据信号，从中获得调光器标识。如果如果调光数据信号来自于未关联的调光器，则LED驱动装置将放弃调光控制。

因此，即使在将多个不同位置的多个调光器用于控制多个不同位置的多个LED灯时，也可以将一些调光器用于对一个LED灯进行调光，将另一些调光器用于对另一个LED灯进行调光，从而方便用户使用。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出根据现有技术的LED调光系统的示意性框图；

图2示出根据本发明第一实施例的LED调光系统的示意性框图；

图3示出根据本发明第二实施例的LED调光系统的示意性框图；

图4示出在根据本发明实施例的LED调光系统中使用的数据结构；

图5示出根据本发明第三实施例的LED调光控制方法的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图2示出根据本发明第一实施例的LED调光系统的示意性框图。

该LED调光系统包括多个调光器210-1至210-n、LED驱动装置220和LED灯230。多个调光器210-1至210-n作为主控制器，用于根据用户的操作产生电力载波信号，LED驱动装置220作为从控制器，用于根据电力载波信号控制提供给LED灯230的直流输出电压。

与图1所示的现有技术的LED调光系统不同，根据本发明实施例的LED调光系统包括多个调光器210-1至210-n。所述多个调光器210-1至210-n彼此并联连接，并且可以安装在建筑物的不同位置。例如，在LED灯用于照明系统的情形下，多个调光器210-1至210-n可以安装在房间的不同位置，使得用户可以方便地进行亮度/色温调节。

所述多个调光器210-1至210-n彼此并联连接，进一步地，经由交流供电线连接至LED驱动装置220。例如，所述多个调光器210-1至210-n的第一端共同连接至市电电网的相线。进一步地，LED驱动装置220的第一输入端连接至所述调光器210-1至210-n的第二端，第二输入端连接至市电电网的零线。LED灯230作为功率转换模块的负载，连接在LED驱动装置220的第一输出端和第二输出端之间。

所述多个调光器210-1至210-n可以将各自产生的电力载波信号经由相同的交流供电线传输至LED驱动装置。在并联连接的情形下，所述多个调光器210-1至210-n可以将各自的调光数据信号调制到交流输入电压上。

LED调光系统中的每个调光器可以在用户的控制下独立地产生电力载波信号。每个调光器的输入端连接至相线，接收交流输入电压，该交流输入电压的频率例如是50Hz(周期0.02秒)或60Hz(0.017秒)，相应的周期为T0。在用户操作一个调光器时，该调光器的输出端提供电力载波信号。

在一个实施例中，调光器可以在每个半工频周期中单脉冲调制产生电力载波信号。为此，调光器包括过零检测电路、延时电路、调光数据发生器和调制器。

过零检测电路针对交流输入电压，检测从负电压值至正电压值或者从正电压值至负电压值的过零时刻t0，并且产生过零检测信号。

延时电路接收过零检测信号并且产生启动信号。在过零时刻之后延迟预定时间Δt。在每个半工频周期之后，交流输入电压的峰值或谷值之后的时刻，启动信号从无效状态转变成有效状态。例如，该预定时间Δt为4/16*T0～7/16*T0。优选地，该时刻位于交流输入电压的正弦波形半高宽的位置附近，相应地，该预定时间Δt约为3/8*T0。

调光数据发生器接收启动信号，在启动信号有效时，调光数据发生器提供脉冲信号。该脉冲信号的电平表征数字值，例如高电平表征数字“1”，低电平表征数字“0”。

调制器将脉冲信号与交流输入电压相叠加，从而产生电力载波信号。该电力载波信号例如是在每个半工周期中短暂幅值调制的正弦波。

在替代的实施例中，调光器可以在每个半工频周期中，将多个信号脉冲调制在交流输入电压上，以产生电力载波信号。

LED驱动装置220包括整流桥211、功率转换模块222、解耦模块223和控制模块225。与图1所示的现有技术的LED调光系统不同，根据本发明实施例的LED驱动装置220还包括验证模块224。该验证模块224用于校验调光数据信号，从而可以避免多个调光器同时工作时的干扰。

整流桥211例如为全桥整流电路，从市电电网获得交流输入电压，经过整流获得直流母线电压。所述直流母线电压例如是半工频周期的直流脉动电压。功率转换模块222例如为包含主开关管的反激式(FLY-BACK)功率变换器，将直流母线电压进一步转换成直流输出电压。

解耦模块223例如包括高通滤波器和比较器。高通滤波器从直流母线电压获得高频信号。比较器将所述高频信号与参考电压相比较，以产生所述调光数据信号。在进一步优选的实施例中，解耦模块223还包括峰值检测电路，用于检测直流母线电压的峰值。在检测到峰值之后，进一步检测脉冲信号，以产生所述调光数据信号。验证模块224与解耦模块223连接，用于对调光数据信号进行校验，以判断所述调光数据信号的完整性和合法性。在校验正确的情形下，验证模块224将调光数据信号进一步传送至控制模块225。在校验不正确的情形下，验证模块224阻止调光数据信号到达控制模块225。控制模块225根据调光数据信号进一步产生控制信号，例如脉宽调制信号。功率转换模块222在控制信号的控制下调节输出电压和/或电流。

由于输出电压和/或电流的变化，LED灯的亮度、颜色发生变化，从而实现调光。

在一个实施例中，LED驱动装置220可以是独立的控制部件，与LED灯230相连接，用于执行LED灯230的亮度/色温调节。在替代的实施例中，LED驱动装置220可以集成在LED灯230中，从而作为智能灯具在市场上销售。

根据本发明实施例的LED调光系统，在每个半工频周期中，采用脉冲调制产生电力载波信号，在连续的多个半工频周期中传输调光数据信号。

调光器采用过零检测电路和延时电路，即可以实现电力载波信号的调制控制。因此，调光器无需采用专用的电力载波通信芯片，例如，低压电力线载波通信芯片PL3106，从而可以降低电路成本。

LED驱动装置例如在直流母线电压的峰值之后检测脉冲信号，即可以实现电力载波信号的解耦控制。因此，LED驱动装置无需采用复杂的数据解析模块解析调光数据信号，从而可以降低电路成本。

LED驱动装置对调光数据信号进行校验，以判断调光数据信号的完整性和合法性，从而允许多个调光器控制同一个LED驱动装置。

在LED驱动端，仅仅经过校验正确的调光数据信号才可以进一步提供至控制模块，用于LED灯的调光控制。该校验电路可以避免多个调光器之间的干扰。例如，在生成电力载波信号的过程中，调光器可以采用曼切斯特编码。如果多个调光器同时工作，则信号脉冲的宽度变化。在完整性验证时，校验电路通过检测信号脉冲的宽度，就可以验证调光数据信号是否受到干扰。在多个调光器同时工作的情形下，则LED驱动装置将放弃调光控制。在合法性验证时，校验电路解析调光数据信号，从中获得调光器标识。如果如果调光数据信号来自于未关联的调光器，则LED驱动装置将放弃调光控制。

因此，即使在将多个不同位置的多个调光器用于控制多个不同位置的多个LED灯时，也可以将一些调光器用于对一个LED灯进行调光，将另一些调光器用于对另一个LED灯进行调光，从而方便用户使用。

图3示出根据本发明第二实施例的LED调光系统的示意性框图。

该LED调光系统包括多个调光器210-1至210-n、LED驱动装置220和LED灯230。多个调光器210-1至210-n作为主控制器，用于根据用户的操作产生电力载波信号，LED驱动装置220作为从控制器，用于根据电力载波信号控制提供给LED灯230的直流输出电压。

与图2所示的第一实施例的LED调光系统的不同之处在于，所述多个调光器210-1至210-n彼此串联连接。根据第二实施例的LED调光系统的其他方面也与根据第一实施例的LED调光系统相同。

所述多个调光器210-1至210-n可以将各自产生的电力载波信号经由相同的交流供电线传输至LED驱动装置。在串联连接的情形下，所述多个调光器210-1至210-n可以将各自的调光数据信号调制到交流输入电压上。

在多个调光器同时工作时，多个叠加的信号调制导致信号脉冲的宽度变化。如上所述，LED驱动装置220可以通过检测信号脉冲的宽度判断调光数据信号是否完整，从而避免多个调光器之间的干扰。优选地，通过调光数据信号中的调光器标识，判断信号脉冲是否来自关联的调光器，从而仅仅响应关联的调光器。

图4示出在根据本发明实施例的LED调光系统中使用的数据结构。调光器将调光数据信号调制在交流输入电压上。在多个连续的半工频周期中，可以依次传输数据。在图4中示出调光数据信号的数据结构的一个实例。如图4所示，调光数据信号包括多个字节，依次用于表示调光器标识、数据类型、亮度数据、结束标志。

调光器标识用于表示产生相关调光数据信号的调光器自身的标识，数据类型用于表示调光数据的类型(例如数值型、递增型、递减型)，亮度数据用于表示调光数据的值，结束标志用于表示调光数据的结束位。例如，调光数据为二进所制数据01 11 0011 11，依次的含义为，“01”表示第1号调光器，“11”表示递增型调光数据，“0011”表示第3级亮度，“11”表示调光数据结束位。

LED驱动装置在接收上述调光数据信号之后，如果其与第1号调光器相关联，则提高输出电流，将LED灯的亮度递增3级。

在一个替代的实施例中，调光数据可以包含更少的字节。例如，如果在市电电网中仅存在一个调光器和LED驱动装置，则调光数据可以不包含调光器标识。在另一个替代的实施例中，调光数据可以包含更多的字节。例如，在调光数据的亮度数据字节之后，可以附加校验位，用于校验调光数据的完整性，从而进一步提高抗干扰能力。

图5示出根据本发明第三实施例的LED调光控制方法的流程图。在LED驱动装置中执行该方法。

在步骤S01中，接收连续的调光数据信号。

在步骤S02中，获得脉冲宽度，例如，可以采用脉冲上升沿和下降沿的检测电路获得调光数据信号的脉冲宽度。

在步骤S03中，判断脉冲宽度是否符合预定值(或者预定的数值范围)。

在多个调光器同时工作时，多个叠加的信号调制导致信号脉冲的宽度变化。在该步骤中，可以通过检测信号脉冲的宽度来检测调光数据信号的完整性。在本申请中，调光数据信号的“完整性”是指LED驱动装置接收到可以解析出调光数据的电力载波信号。在多个调光器同时工作或者某个调光器工作异常中断时，均可能导致调光数据信号不完整。

如果脉冲宽度大于预定值，则认为调光数据不完整，继续步骤S08，即放弃调光动作。

如果脉冲宽度符合预定值，则认为调光数据完整，继续步骤S04。

在步骤S04中，判断调光器标识是否符合预定值(或者预定的数值范围)。

在多个调光器用于控制多个LED灯时，每个LED灯应该与选定的一些调光器相关联。在LED驱动装置中可以存储关联调光器的标识列表。LED调光装置在前面的步骤进行完整性校验之后，可以从调光数据信号解析出调光器标识，并且与存储的标识列表比较，从而检测调光数据信号的合法性。在本申请中，调光数据信号的“合法性”是指针对特定的LED驱动装置，调光数据信号来自关联的调光器。LED驱动装置仅仅响应相关联的调光器而动作。

如果调光数据信号来自未关联的调光器，则认为调光数据不合法，继续步骤S08，即放弃调光动作。

如果调光数据信号来自关联的调光器，则认为调光数据合法，继续步骤S05。

在步骤S05中，判断亮度数据类型。例如，亮度数据类型可以是数值型、递增型、递减型中的一种。

如果亮度数据为递增型或递减型，则进一步执行步骤S06，其中，将LED灯的亮度加减与亮度数据相对应的数值。

如果亮度数据为数值型，则进一步执行步骤S04，其中，将LED灯的亮度设置为相应的数值。

在步骤S08中，结束调光。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (16)

1.一种LED驱动装置，所述LED驱动装置经由交流供电线连接至多个调光器，其特征在于，包括：

整流桥，用于将交流输入电压整流以获得直流母线电压；

功率转换模块，用于根据直流母线电压产生直流输出电压，从而为LED灯供电；

解耦模块，用于从直流母线电压获得电力载波信号，并且解码出调光数据信号；

验证模块，与解耦模块相连接，用于对调光数据信号进行校验；

控制模块，与验证模块相连接，用于根据调光数据信号产生控制信号，从而调节功率转换模块的输出电压和/或电流，

其中，所述验证模块在校验正确的情形下，将调光数据信号传送至所述控制模块，使得所述LED驱动装置择一响应所述多个调光器。

2.根据权利要求1所述的LED驱动装置，其特征在于，所述功率转换模块是反激式功率变换器。

3.根据权利要求1所述的LED驱动装置，其特征在于，所述解耦模块包括：峰值检测电路，用于检测直流母线电压的峰值，其中所述LED驱动装置在检测到峰值之后，进一步检测脉冲信号。

4.根据权利要求1所述的LED驱动装置，其特征在于，所述解耦模块包括：

高通滤波器，用于从直流母线电压获得高频信号；以及

比较器，用于将所述高频信号与参考电压相比较，以产生所述调光数据信号。

5.根据权利要求1所述的LED驱动装置，其特征在于，所述验证模块检测调光数据信号的脉冲宽度，并且根据脉冲宽度判断调光数据的完整性，其中，如果调光数据信号的脉冲宽度符合预定值，则判定调光数据信号完整，如果调光数据信号的脉冲宽度不符合预定值，则判定调光数据信号不完整。

6.根据权利要求1所述的LED驱动装置，其特征在于，所述验证模块解码获得调光数据中的校验位，并且根据校验位判断调光数据的完整性。

7.根据权利要求1所述的LED驱动装置，其特征在于，所述验证模块解码获得调光数据中的调光器标识，并且与存储的标识列表相比较，以判断所述调光数据是否来自关联的调光器，从而判断调光数据的合法性，使得所述LED驱动装置仅仅响应相关联的调光器。

8.一种LED调光控制方法，用于控制经由交流供电线连接至多个调光器的LED驱动装置，所述方法包括：

接收连续的调光数据信号；

对调光数据信号进行校验；以及

根据调光数据信号调节所述LED驱动装置的输出电压和/或电流，

其中，在根据调光数据信号调节LED的步骤中，如果校验正确,则执行调光，如果校验不正确，则放弃调光，使得所述LED驱动装置择一响应所述多个调光器。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述校验的步骤包括：

获得调光数据信号的脉冲宽度；以及

根据脉冲宽度判断调光数据信号的完整性，

其中，如果调光数据信号的脉冲宽度符合预定值，则判定调光数据信号完整，如果调光数据信号的脉冲宽度不符合预定值，则判定调光数据信号不完整。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，采用脉冲上升沿和下降沿的检测电路获得调光数据信号的脉冲宽度。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述校验的步骤包括：

解码获得调光数据中的校验位；以及

根据校验位判断调光数据的完整性。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述校验的步骤包括：

解码获得调光数据中的调光器标识；

将调光器标识与存储的标识列表相比较；以及

根据比较结果判断所述调光数据是否来自关联的调光器，从而判断调光数据的合法性，使得所述LED驱动装置仅仅响应相关联的调光器。

13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述调节的步骤包括：

解码获得调光数据中的数据类型和亮度数据；以及

根据数据类型和亮度数据调节所述LED驱动装置的输出电压和/或电流。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述数据类型包括数值型、递增型、递减型中的一种。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，在数据类型为数值型的情形下，根据亮度数据设置LED灯的亮度级。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，在数据类型为递增型或递减型的情形下，根据亮度数据改变LED灯的亮度级。