CN106465519B - 交流电驱动发光元件照明装置 - Google Patents

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Abstract

公开了可调光的交流电驱动发光元件照明装置。本发明公开的交流电驱动发光元件照明装置包括：可控硅调光器，通过根据选择的调光电平对交流电力的相位调制生成调制的交流电压；整流单元，通过对具有由可控硅调光器调制的相位的交流电压进行全波整流生成驱动电压；调光电平检测单元，根据驱动电压检测调光电平；相位调制参考设定单元，设定相位调制参考值以与检测到的调光电平比较；发光元件驱动模块，通过将检测到的调光电平与相位调制参考值比较来恒流控制多个发光元件组，其中，发光元件驱动模块包括在调光电平低于相位调制参考值时阻止供应至多个发光元件组的驱动电流的发光元件电流阻止单元。因此，本发明可在调光电平低于预配的相位调制参考值时通过阻止整个多个发光元件组的驱动电流来防止闪烁，并能够通过改善根据硅控调光器的特性改变的调光特性来改善调光器的兼容性。

Description

交流电驱动发光元件照明装置
技术领域
本公开的示例性实施例涉及一种使用可调光的交流电驱动发光二极管(LED)的照明装置，更具体地，涉及一种AC驱动LED照明装置，所述AC驱动LED照明装置允许通过相切控制(phase cut control)的调光控制并使用TRIAC调光器在调光电平(dimming level)的整个区间中呈现理想化和稳定的调光电平的变化。此外，本公开的示例性实施例涉及一种能够改善TRIAC调光器的兼容性的AC驱动LED照明装置。
背景技术
通常，发光二极管(LED)由于其固有特性仅能够由DC电力驱动。因此，采用这样的传统LED的照明装置适用范围受限并在采用AC 220V电力的家用设置中使用时需要诸如SMPS的单独电路。结果，照明装置具有诸如电路设计复杂和制造成本高的问题。
为了解决这样的问题，各种研究已经集中在AC驱动LED照明装置的开发上，该AC驱动LED照明装置包括彼此串联或并联连接的多个发光单元并能够由AC电力驱动。
为了解决现有技术中的上述问题，已经提出了AC驱动LED的顺序驱动。在此顺序驱动方法中，假设照明装置包括三组LED，在输入电压随时间增大的条件下，在第一阶段驱动区间中第一LED组开始发光；第二LED组串联连接至第一LED组，并且在驱动电压高于第一阶段驱动区间中的驱动电压的第二阶段驱动区间中第一LED组和第二LED组被导通而发光；在驱动电压高于第二阶段驱动区间中的驱动电压的第三阶段驱动区间中第一LED组至第三LED组被导通而发光。此外，在驱动电压随时间减小的条件下，首先，在第二阶段驱动区间中第三LED组停止发光，在第一阶段驱动区间中第二LED组停止发光，最后在驱动电压低于第一阶段驱动区间的驱动电压使得LED驱动电流接近输入电压时第一LED组停止发光。
另一方面，LED调光控制涉及根据施加到其的电压来改变LED照明装置的光通量或照度(Lux)(即，光源的亮度)的操作，可调光的光源是指构造为在照明装置中执行这样的照度控制的系统。这样的可调光系统被提供至LED照明装置以降低功耗并能够使LED照明装置高效地操作。具体地，LED连续发光期间产生的热导致照明操作的质量和效率的恶化。因此，为了在降低功耗的同时满足用户的需求，通常向LED照明装置提供调光功能。在这些具有调光功能的LED照明装置中，由于通过开关电源(SMPS)将AC电力转换为DC电力来驱动DC驱动LED照明装置，因此DC驱动LED照明装置允许相对容易地调光从而能够预期具有一定程度的调光控制特性。然而，由于如上所述的典型的AC驱动LED发光装置仅使用通过AC电压的整流获得的整流电压来驱动LED，因此AC驱动LED照明装置具有实现调光功能并确保调光控制的线性关系的困难。具体地，顺序驱动式AC驱动LED照明装置具有如下问题：当导通而发光的LED组的数量根据驱动电压的大小而改变(例如，根据从第四阶段驱动至第三阶段驱动的改变，根据从第三阶段驱动至第二阶段驱动的改变等)时，一旦LED在下一操作中被导通或截止，驱动电压就会由于AC电源线和调光器的内部阻抗引起驱动电压的暂时增加或减少而变得不稳定。即，典型的具有调光功能的AC驱动LED照明装置在一些调光控制区间中面临光通量的不规则变化而不能在调光电平的整个区间上使光通量改变。
发明内容
【技术问题】
本公开的示例性实施例旨在解决现有技术中的上述问题。
本公开的示例性实施例提供一种在调光电平的整个区间中呈现理想的调光特性的AC驱动LED照明装置。
本公开的示例性实施例提供一种AC驱动LED照明装置，所述AC驱动LED照明装置与构造为通过相切控制执行调光控制的TRIAC调光器联合呈现良好的调光特性。
本公开的示例性实施例提供一种防止在LED组的顺序驱动中的闪烁现象的AC驱动LED照明装置。
本公开的示例性实施例提供一种防止在低调光电平下不规则调光的AC驱动LED照明装置。
【技术方案】
按照本公开的一个示例性实施例，一种AC驱动LED照明装置包括：TRIAC调光器，通过对应于选择的调光电平对AC电压的相位调制来生成相切AC电压；整流单元，通过对从TRIAC调光器供应的相切AC电压的全波整流来生成驱动电压；调光电平检测单元，检测与驱动电压对应的调光电平；
相切参考设定单元，设定用于与检测到的调光电平比较的相切参考值；LED驱动模块，通过将检测到的调光电平与相切参考值比较来使用恒定电流控制多个LED组，
其中，LED驱动模块包括LED电流阻止单元，LED电流阻止单元构造为在检测到的调光电平低于相切参考值时阻止驱动电流被供应至所述多个LED组。
因此，根据示例性实施例的AC驱动LED照明装置通过在调光电平低于相切参考值时阻止驱动电流被供应至所有的多个LED组能够防止闪烁现象。具体地，AC驱动LED照明装置能够在从最大驱动区间改变至其他区间(在构造为顺序驱动的多个LED组中LED组被逐一截止(参照最大的第四阶段驱动区间的第三阶段驱动区间和第四阶段驱动区间)时防止闪烁现象。
此外，根据示例性实施例的AC驱动LED照明装置参照预设的相切参考值阻止驱动电流被供应至所有的LED组，从而通过对根据TRIAC调光器的变化的调光特性的改善来改善调光器的兼容性。
所述多个LED组可以从第一阶段驱动区间到第n阶段驱动区间顺序被驱动。
相切参考值可设定在所有的LED组被驱动的第n阶段驱动区间内。
LED电流阻止单元可同时阻止驱动电流被供应至所有的LED组。
LED驱动模块还可包括比较器，比较器构造为将检测到的调光电平与相切参考值比较。
LED驱动模块还可包括驱动电流控制器，驱动电流控制器构造为对应于检测到的调光电平控制所述多个LED组的驱动电流的大小。
驱动电流控制器可包括驱动电流寄存器，驱动电流寄存器预设为与检测到的调光电平成比例。
AC驱动LED照明装置还可包括：触发电流保持电路，连接在TRIAC调光器和整流单元之间并将TRIAC触发电流供应至AC电力输入端或整流电压输出端，或者充当虚设负载电路。
触发电流保持电路可为分压电路。
【技术效果】
根据示例性实施例，AC驱动LED照明装置在调光电平的整个区间中呈现平滑的调光特性。
此外，根据示例性实施例，AC驱动LED照明装置与构造为通过相切控制来执行调光控制的TRIAC调光器联合呈现良好的调光特性。
另外，根据示例性实施例，AC驱动LED照明装置在LED组的顺序驱动期间防止不规则的闪烁。
此外，根据示例性实施例，AC驱动LED照明装置能够基于与调光电平对应的LED的相切驱动电压和驱动电流执行更有效的调光控制。
此外，根据示例性实施例，在调光电平低于预设的相切参考值时AC驱动LED照明装置能够阻止驱动电流被供应至所有的第一LED组至第四LED组，从而防止诸如闪烁的不均匀的亮度。具体地，AC驱动LED照明装置能够防止在从最大驱动区间改变至其他区间(在构造为顺序驱动的多个LED组中LED组被逐一截止(参照最大的第四阶段驱动区间的第三阶段驱动区间和第四阶段驱动区间))时的闪烁和不均匀的调光。
此外，根据示例性实施例，AC驱动LED照明装置参照预设的相切参考值阻止驱动电流被供应至所有的第一LED组至第四LED组，从而通过对根据TRIAC调光器变化的调光特性的改善来改善调光器的兼容性。
附图说明
图1是根据本公开的一个示例性实施例的AC驱动LED照明装置的框图。
图2是根据本公开的示例性实施例的AC驱动LED照明装置的驱动方法的流程图。
图3和图4是描绘根据调光电平的LED的驱动电压和驱动电流之间的关系的波形图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的示例性实施例。以示例的方式提供以下实施例，以将本公开的精神充分传达给本公开所属领域的技术人员。虽然在此公开了各种实施例，但是应当理解的是，这些实施例并不意图排他。例如，具体实施例的各结构、元件或特征不限于具体实施例，并且可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下应用于其他实施例。此外，应当理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以改变每个实施例中的各组件的位置或布置。因此，以下实施例不应被解释为对本公开的限制，并且本公开应当仅由权利要求及其等同物限制。具有相同或类似功能的同样的组件将由同样的附图标记表示。
在下文中，将参照附图详细地描述本公开的示例性实施例，以便本领域技术人员容易实施本公开的示例性实施例。
这里，术语“LED组”指彼此串联/并联/串并联连接并在驱动IC的控制下被操作为单一单元(即，同时被导通/截止)的发光二极管(或发光单元)的组。
此外，术语“LED驱动模块”是指构造为在接收AC电压后驱动并控制发光二极管的模块，虽然参照使用整流电压控制LED的驱动的示例性实施例描述了LED驱动模块，但是应理解的是，其他实施方式也是可能的，并应全面并广泛地理解LED驱动模块。
另外，术语“第一正向电压电平”是指能够驱动第一LED组的临界电压电平，术语“第二正向电压电平”是指能够驱动彼此串联连接的第一LED组和第二LED组的临界电压电平，术语“第三正向电压电平”是指能够驱动彼此串联连接的第一LED组至第三LED组的临界电压电平。也就是说，术语“第n正向电压电平”是指能够驱动彼此串联连接的第一LED组至第n LED组的临界电压电平。另一方面，LED组的正向电压电平根据构成每个LED组的LED的数量/特性可以相同或不同。
另外，术语“顺序驱动”是指在LED驱动模块中顺序驱动多个LED组的方法，所述LED驱动模块在接收随时间变化的输入电压时驱动发光二极管，使得复数的LED组随着输入电压的增大顺序被导通而发光并随着输入电压的减小顺序被截止。
另外，术语“第一阶段驱动区间”是指仅第一LED组被导通而发光的时间区间，术语“第二阶段驱动区间”是指仅第一LED组和第二LED组被导通而发光的时间区间。因此，术语“第n阶段驱动区间”是指所有的第一LED组至第n LED组被导通而发光但第(n+1)LED组或更多的LED组不发光的时间区间。
图1是根据本公开的一个示例性实施例的AC驱动LED照明装置的框图，图2是根据本公开的示例性实施例的AC驱动LED照明装置的驱动方法的流程图。
参照图1，根据一个示例性实施例的AC驱动LED照明装置包括TRIAC(可控硅)调光器100、触发电流保持电路105、整流单元120、调光电平检测单元140、相切参考设定单元(phase cut reference setting unit)150、LED驱动模块200和LED照明单元300。
TRIAC调光器100接收从AC电源输入的AC电压VAC并生成通过对应于用户选择的调光电平(dimming level)对输入AC电压VAC的相位调制获得的相切AC电压。TRIAC调光器100通过对应于用户选择的调光电平对AC电压VAC的相位调制来生成相位控制AC电压。TRIAC调光器在本领域中是公知的，因此在此将省略对其的详细描述。
触发电流保持电路105连接在TRIAC调光器100和整流单元120之间并将TRIAC触发电流供应至AC电力输入端或整流电压输出端，或者充当虚设负载电路。例如，触发电流保持电路105可为由分压电容器和串联连接至分压电容器的分压电阻构成的分压电路(bleedercircuit)。这里，触发电流保持电路105不限于分压电路并可为从稳压电路中选择的一种电路。
整流单元120通过对相切AC电压的整流来生成驱动电压并输出驱动电压。整流单元120可为本领域公知的各种整流电路(诸如全波整流电路和半波整流电路)中的一种，但不限于此。例如，整流单元120可为由四个二极管构成的桥式全波整流电路。将由整流单元120生成的驱动电压输出至调光电平检测单元140、相切参考设定单元150、LED组驱动单元180和LED照明单元300。
LED照明单元300包括多个LED组。复数的LED组顺序被导通或截止。虽然LED照明单元300描述为包括第一组310至第四组340，但是应理解的是，其他实施方式也是可能的，并可以以各种方式改变LED组的数量。第一LED组310至第四LED组340可分别具有不同的正向电压电平。例如，当第一LED组310至第四LED组340中的每个包括不同数量的LED时，第一LED组310至第四LED组340具有不同的正向电压电平。
调光电平检测单元140基于从整流单元120供应的驱动电压检测由用户选择的当前的调光电平并将与检测到的调光电平对应的调光电平信号输出至LED驱动模块200。更具体地，根据示例性实施例的调光电平检测单元140能够通过使随时间改变的驱动电压电平平均来检测调光电平。由于TRIAC调光器100构造为对应于由用户选择的调光电平来对AC电压VAC的相位进行调制，因此调光电平检测单元140能够通过使驱动电压电平平均来检测调光电平。调光电平信号可为具有恒压值的DC信号。例如，对于100％的调光电平，调光电平信号可为2V；对于90％的调光电平，调光电平信号可为1.8V；对于50％的调光电平，调光电平信号可为1V。可利用各种电路设计来改变与调光电平对应的调光电平信号。例如，可使用RC积分电路。
相切参考设定单元150具有相切参考值。相切参考值可根据需要由用户预设或改变。即，相切参考设定单元150由用户确定，相切参考值可设定为诸如闪烁的故障发生的区间，或者所有的第一LED组310至第四LED组340在低调光电平下被驱动的最短驱动区间内。例如，相切参考值可设定在所有的第一LED组310至第四LED组340被驱动的区间内。
LED驱动模块200包括比较器160、LED电流阻止单元170和LED组驱动单元180。
比较器160构造为将调光电平检测单元140的调光电平信号与相切参考设定单元150的相切参考值比较。
LED电流阻止单元170构造为当调光电平检测单元140的调光电平信号低于相切参考设定单元150的相切参考值时停止对第一LED组310至第四LED组340的驱动。LED电流阻止单元170将停止信号输出至LED组驱动单元180。这里，LED电流阻止单元170可包括在比较器160中。
LED组驱动单元180根据从整流单元120输入的驱动电压的电压电平来控制第一LED组310至第四LED组340的顺序驱动。即，AC驱动LED照明装置具有第一LED组310至第四LED组340顺序被驱动的第一区间至第七区间。第一区间定义为从整流单元120输入的驱动电压的电压电平为第一正向电压电平和第二正向电压电平之间的值的区间，在第一区间中，仅第一电流路径P1连接为导通第一LED组310以发光。此外，第二区间定义为从整流单元120输入的驱动电压的电压电平为第二正向电压和第三正向电压之间的值的区间，在第二区间中，第二电流路径P2连接为导通第一LED组310和第二LED组320以发光。另外，第三区间定义为从整流单元120输入的驱动电压的电压电平为第三正向电压电平和第四正向电压电平之间的值的区间，在第三区间中，第三电流路径P3连接为导通第一LED组310至第三LED组330以发光。另外，第四区间定义为从整流单元120输入的驱动电压的电压电平为第四正向电压电平的区间，在第四区间中，第四电流路径P4连接为导通第一LED组310至第四LED组340以发光。另外，第五区间定义为从整流单元120输入的驱动电压的电压电平为第四正向电压电平和第三正向电压电平之间的值的区间，在第五区间中，第三电流路径P3连接为导通第一LED组310至第三LED组330以发光。另外，第六区间定义为从整流单元120输入的驱动电压的电压电平为第三正向电压电平和第二正向电压电平之间的值的区间，在第六区间中，第二电流路径P2连接为导通第一LED组310和第二LED组320以发光。另外，第七区间定义为从整流单元120输入的驱动电压的电压电平为第二正向电压电平和第一正向电压电平之间的值的区间，在第七区间中，仅第一电流路径P1连接为导通第一LED组310以发光。第一区间和第七区间可定义为第一阶段驱动区间，第二区间和第六区间可定义为第二阶段驱动区间，第三区间和第五区间可定义为第三阶段驱动区间，第四区间可定义为第四阶段驱动区间。
虽然在图中未示出，但是LED驱动模块200还包括驱动电流控制器(未示出)，所述驱动电流控制器构造为对应于调光电平来控制用于第一LED组310至第四LED组340的驱动电流的大小。驱动电流控制器可包括在LED组驱动单元180中。驱动电流控制器可包括预设为与检测到的调光电平成比例的驱动电流寄存器。驱动电流控制器可包括对应于调光电平预设的驱动电流电阻。
参照图1和图2，在根据此示例性实施例的AC驱动LED照明装置的驱动方法中，由TRIAC调光器100生成与由用户选择的调光电平对应的相切AC电压(S100)。
整流单元120通过对相切AC电压进行整流生成驱动电压并输出驱动电压(S200)。
调光电平检测单元140基于从整流单元120供应的驱动电压检测由用户选择的当前的调光电平并将与检测到的调光电平对应的调光电平信号输出至LED驱动模块200(S300)。
LED驱动模块200将调光电平信号与相切参考值比较(S400)。LED驱动模块200包括比较器160和LED电流阻止单元170，比较器160构造为将调光电平信号与相切参考值比较，LED电流阻止单元170构造为当调光电平低于预设的相切参考值时停止对所有的第一LED组至第四LED组340的驱动。
如果调光电平信号高于或等于相切参考值，则LED驱动模块200将与调光电平对应的驱动电流供应至第一LED组310至第四LED组340中的一组(S500)。这里，比较器160在第一LED组310至第四LED组340的驱动区间期间将调光电平信号与相切参考值比较。
如果调光电平信号低于相切参考值，则LED驱动模块200阻止供应至第一LED组310至第四LED组340的驱动电流(S600)。这里，比较器160在第一LED组310至第四LED组340的驱动被停止的区间期间将调光电平信号与相切参考值比较。因此，根据此示例性实施例的LED驱动模块200能够在第一LED组310至第四LED组340的驱动区间和其驱动停止区间期间通过将调光电平信号与相切参考值比较来对应于随时间改变的调光电平控制第一LED组310至第四LED组340的驱动。
根据示例性实施例，当调光电平低于预设的相切参考值时，AC驱动LED照明装置阻止驱动电流被供应至所有的第一LED组310至第四LED组340，从而防止诸如闪烁的不均匀的亮度。特别地，AC驱动LED照明装置能够改善从最大驱动区间改变至其他区间(在构造为顺序驱动的多个LED组中LED组被逐一截止(参照最大的第四阶段驱动区间的第三阶段驱动区间和第四阶段驱动区间)时发生的闪烁和不均匀的调光。
另外，根据示例性实施例的AC驱动LED照明装置参照预设的相切参考值来阻止驱动电流被供应至所有的第一LED组310至第四LED组340，从而通过对根据TRIAC调光器100的改变的调光特性的改善来改善调光器的兼容性。
图3和图4是描绘根据调光电平的LED的驱动电压和驱动电流之间的关系的波形图。
如在图3和图4中所示，根据示例性实施例的AC驱动LED照明装置通过控制驱动电流的大小与由用户选择的调光电平成比例来在调光电平的整个区间内呈现平滑的调光特性。此外，根据示例性实施例的AC驱动LED照明装置在调光电平低于预设的相切参考值时阻止驱动电流被供应到所有的LED组，从而防止闪烁或不均匀的调光。例如，根据示例性实施例的AC驱动LED照明装置在调光电平低于预设的相切参考值的区间中(在调光电平从第四阶段驱动区间逐渐降低的区间中)停止对所有的LED组的驱动。这里，相切参考值可参照相切AC电压的一个周期设定为90至0之间的值。
另外，根据示例性实施例的AC驱动LED照明装置能够通过改善根据TRIAC调光器100而改变的调光特性来改善调光器的兼容性。
虽然已经在此描述了一些示例性实施例，但是应理解的是，仅以说明的方式给出这些实施例，并且具体实施例的各结构、元件或特征不限于具体实施例并能够在不脱离本公开的精神和范围的情况下应用到其他实施例。
附图标记说明
100：TRIAC调光器 105：触发电流保持电路
120：整流单元 140：调光电平检测单元
150：相切参考设定单元
170：LED电流阻止单元

Claims (7)

1.一种AC驱动LED照明装置，所述AC驱动LED照明装置包括：
TRIAC调光器，通过对应于选择的调光电平对AC电压的相位调制来生成相切AC电压；
整流单元，通过对从TRIAC调光器供应的相切AC电压的全波整流来生成驱动电压；
调光电平检测单元，检测与驱动电压对应的调光电平；
相切参考设定单元，设定用于与检测到的调光电平比较的相切参考值，并将所述相切参考值输出；以及
LED驱动模块，接收检测到的调光电平与相切参考值，通过将检测到的调光电平与相切参考值比较来使用恒定电流控制多个LED组，
其中，LED驱动模块包括LED电流阻止单元，LED电流阻止单元构造为在检测到的调光电平低于相切参考值时阻止驱动电流被供应至所有的LED组，
其中，LED驱动模块还包括驱动电流控制器，驱动电流控制器构造为对应于检测到的调光电平控制所述多个LED组的驱动电流的大小，
其中，驱动电流控制器包括驱动电流寄存器，驱动电流寄存器预设为与检测到的调光电平成比例，
其中，LED组包括第一LED组、第二LED组、第三LED组和第四LED组，
第一电流路径连接为导通第一LED组，
第二电流路径连接为导通第一LED组和第二LED组，
第三电流路径连接为导通第一LED组至第三LED组以发光，
第四电流路径连接为导通第一LED组至第四LED组以发光。
2.根据权利要求1所述的AC驱动LED照明装置，其中，所述多个LED组从第一阶段驱动区间到第n阶段驱动区间顺序被驱动。
3.根据权利要求2所述的AC驱动LED照明装置，其中，相切参考值被设定在所有的LED组被驱动的第n阶段驱动区间内。
4.根据权利要求1所述的AC驱动LED照明装置，其中，LED电流阻止单元同时阻止驱动电流被供应至所有的LED组。
5.根据权利要求1所述的AC驱动LED照明装置，其中，LED驱动模块还包括比较器，比较器构造为将检测到的调光电平与相切参考值比较。
6.根据权利要求1所述的AC驱动LED照明装置，所述AC驱动LED照明装置还包括：
触发电流保持电路，连接在TRIAC调光器和整流单元之间并将TRIAC触发电流供应至AC电力输入端或整流电压输出端，或者充当虚设负载电路。
7.根据权利要求6所述的AC驱动LED照明装置，其中，触发电流保持电路为分压电路。
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