CN106793270A - 一种led照明控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED照明控制系统，混合型LED电路的特征是在可控LED电路的供电侧串联分压LED，通过控制可控LED的输出功率，调节流过分压LED的电流，从而控制整个照明电路的输出功率；分压LED可以是交流LED也可以是直流LED，可控LED可以是直流LED及其驱动，也可以是交流LED及其驱动；LED照明控制系统中有一部分LED由于无需驱动电路，具有更高的效率，且经过串联的分压LED分压后，可控LED电路的耐压和功率均较低，则成本更低，适用于较高电压供电的照明系统，比如市电压供电。

Description

一种LED照明控制系统

技术领域

本发明属于LED光源领域，特别涉及一种LED照明控制系统。

背景技术

直流LED为封装产业的研究主流，研究方向以改善芯片与SLUG之间的热阻为方向，如覆晶与基板封装等，芯片部分则是提升内外部量子效率或光萃取，一般以LED材料的角度作为研究方向，直流LED具有以下缺点：目前的直流LED仅能承受低压直流，高压或交流都可能使得发光二极管损坏，故使用上都必须配合直流转换电路才能用于市电系统，直流转换系统一般消耗10％左右的电能；低压直流的LED芯片易因为逆向电压升高造成损坏。

交流LED或采用矩阵方式将直流LED晶粒排列于金属板基或陶瓷板基上固晶打线，或采用将一个晶圆分割为多个微晶粒串并联以提高工作电压和内阻，直接接于高压交流。但该交流LED芯片本身具有成本过高、晶粒间绝缘困难、过于集中的封装方式导致散热困难等缺点；在使用过程中还具有频闪、外接限流电阻消耗能量、外接电抗需要使用较高工作频率的LED等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种LED照明控制系统，其特征在于：采用交流LED与直流LED电路输入端串联的交直流混合电路，或带有限流电阻R的交直流混合电路，或限流和控流混合的LED电路。

交直流混合电路其特征在于：直流LED电路串联接入交流LED供电回路中，通过控制直流LED电路输出电流和功率，控制流入直流LED电路的电流，从而控制了与直流LED串联的交流LED的电流；或交流LED通过无源滤波器与直流LED供电回路串联，通过控制直流LED电路输出电流和功率，控制流入直流LED电路的电流，从而控制了与直流LED串联的交流LED的电流；

交直流混合电路的交流LED电路，其交流LED是交流LED芯片，或纯LED的交流LED电路；所述高压交流LED芯片是单个芯片能工作在较高的交流电压的LED芯片，所述纯LED的交流LED电路即直流LED组成的交流电路，是由直流LED组成，具有双边伏安特性能工作在交流电压的正半周和负半周的电路；

工作于较高频率的交直流混合电路是直流LED与整流二极管、稳压二极管、无源滤波电路组成的交流LED电路或带变压器的交流LED电路。所述直流LED与整流二极管、稳压二极管、无源滤波电路组成的交流LED电路是直流LED跨接在整流电路输出端、反向并联稳压二极管跨接在整流电路输出端或反向并联稳压二极管跨接在无源滤波电路输出端，无源滤波电路输入端跨接在整流电路输出端，整流电路输入端作为输入端的交流LED；所述整流电路包括半桥倍压整流电路和全桥整流电路，半桥倍压整流电路是直流负荷跨接在整流桥臂和两串联的电容的中间节点，全桥整流电路是直流负荷跨接在两整流桥臂的中间节点；

工作于较高频率的交直流混合电路，其特征是：交流LED与直流LED的整流电路输入端串联后接入变压器副，变压器原边接入交流电源；交流LED与变压整流结构原变串联，变压整流结构直流侧接直流LED驱动电路；所述变压整流结构是二极管与变压器副边组成的带中心抽头的半桥整流电路、不带中心抽头的倍压半桥整流电路、或不带中心抽头的全桥整流电路，变压器原边作为输入端与交流LED串联；所述带中心抽头的半桥整流电路其特征是两个二极管作为整流桥臂串接在变压器副边，直流LED驱动电路跨接在变压器副边的中心抽头和二极管整流桥臂中间节点上；所述不带中心抽头的倍压半桥整流电路其特征是两个二极管串联为一个桥臂，两个电容串联为另一个桥臂，两桥臂并联，桥臂两端作为输出端，变压器副边跨接在两桥臂的中间节点；所述不带中心抽头的全桥整流电路其特征是，全桥整流电路的输入端与变压器副边连接，直流LED驱动电路跨接在全桥整流电路两桥臂中间节点上；

本发明的目的是提供一种LED照明控制系统，其特征在于：通过控制直流LED驱动电路的输出电流或输出功率，调节直流LED驱动电路的输入电流或输入电压，达到调节整个照明电路的目的，包括控流策略和功率控制策略；设直流LED驱动输入侧称为直流侧，直流LED驱动输出侧称为低压侧，直流侧电压为u1，串联的LED两端电压为U2，低压侧串联的LED两端电压为U3，由于LED内阻较小，粗糙的控制时U2、U3可取LED阀值电压附近的定值，若采用变压整流结构，原副匝比为n，若采用倍压整流K为0.5，否则K为1，设目标电流是流过无驱动的LED的电流绝对值均值i1r，控流策略其特征是包括如下步骤：

步骤1：由给定的i1r得出i2ref，i2ref＝K×n×i1r×u1÷U3；

步骤2：对i2ref限幅，取i2ref与低压侧LED输出电流最大值两者中较小者作为指令电流，低压侧输出电流跟踪该指令电流；

步骤3：跳到步骤1；

设整个电路数出功率为Pall，功率控制策略其特征是包括如下步骤：

步骤1：由给定的Pall得出i2ref，设u1’＝K×n×u1，U2’＝|U2|(或abs(U2))，i2ref＝Pall×u1’÷(u1’+U2’)÷U3；

步骤2：对i2ref限幅，取i2ref与低压侧LED输出电流最大值两者中较小者作为指令电流，低压侧输出电流跟踪该指令电流；

步骤3：跳到步骤1；

本发明的有益效果是：与直流LED相比，LED照明控制系统中有一部分LED由于无需驱动电路，具有更高的效率，且经过串联的LED分压后，驱动电路的耐压和功率均较低，则成本更低，适用于较高电压供电的照明系统，比如市电压供电；与交流LED相比，交直流混合电路的电流可控，且无需限流电阻，也无需采用内阻较大和启动电压较高的交流LED芯片，因此具有更高的效率，更低的成本。

附图说明

图1是交直流混合电路原理示意图。

图2是带有限流电阻R的交直流混合电路原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对该结构的工作过程做详细说明：

图1是交直流混合电路原理示意图，其中交流LED与直流LED驱动电路(驱动电路含整流电路)的整流电路的交流输入端串联，设直流LED驱动输入侧称为直流侧，直流LED驱动输出侧称为低压侧，直流侧电压为u1，直流侧串联的LED两端电压为U2，低压侧串联的LED两端电压为U3，由于LED内阻较小，粗糙的控制时U2、U3可取LED阀值电压附近的定值，设目标电流是i1r，控流策略是：

步骤1：由给定的i1r得出i2ref，i2ref＝i1r×u1÷U3；

步骤2：对i2ref限幅，取i2ref与低压侧LED输出电流最大值两者中较小者作为指令电流，低压侧输出电流跟踪该指令电流。

步骤3：跳到步骤1。

该策略使得直流侧电流绝对平均值跟踪目标电流i1r，从而与之串联的LED工作电流维持恒定目的。设目标输出功率为Pall，对输出功率的功率控制策略是：

步骤1：由给定的Pall得出i2ref，i2ref＝Pall×u1÷(u1+U2)÷U3；

步骤2：对i2ref限幅，取i2ref与低压侧LED输出电流最大值两者中较小者作为指令电流，低压侧输出电流跟踪该指令电流。

步骤3：跳到步骤1。

该策略使得整个电路输出功率跟踪并稳定在目标输出功率Pall。

图2是带有限流电阻R的交直流混合电路原理示意图，其中交流LED通过C、L、Cp、Lp组成的无源滤波电路与直流LED供电回路串联，限流电阻R与开关S并联后串联接入交流LED的供电回路，接入位置是直流LED整流电路与交流LED之间，开关S是两个晶闸管反向串联；C、L组成带通滤波器，其谐振点位于电源频率附件，Cp、Lp作为低通滤波器，滤除电源高频率成分，典型地直流LED驱动已包含图2中所示C、L滤波电路，图2中将其单独显示；限流电阻R与开关S控制策略分为闭合和关断，闭合的控制策略是：

步骤1：开关S初始状态为开路，当系统接入电源时，限流电阻R限制电源向直流LED驱动充电的电流；直流LED驱动电路启动，初始状态为不工作或恒定功率输出。

步骤2：当直流LED驱动设定的充电时间结束，或者流入直流LED驱动的电流均值逐渐减小并跌落在闭合阀值内的时候，开关S置闭合，直流LED驱动电路置为正常工作。

关断的控制策略是：

关断条件1：若流过开关S的电流超过I段保护阀值，则开关S置断开，直流LED驱动电路置为不工作或恒定功率输出。

关断条件2：流过开关S的电流均值超过II段保护阀值并持续设定的时间，开关S置断开，直流LED驱动电路置为不工作或恒定功率输出。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种LED照明控制系统，包括交直流混合电路、带有限流电阻R的交直流混合电路、限流和控流混合的LED电路，其特征是：

交直流混合电路其特征在于：直流LED电路串联接入交流LED供电回路中，通过控制直流LED电路输出电流和功率，控制流入直流LED电路的电流，从而控制了与直流LED串联的交流LED的电流；或交流LED通过无源滤波器与直流LED供电回路串联，通过控制直流LED电路输出电流和功率，控制流入直流LED电路的电流，从而控制了与直流LED串联的交流LED的电流；

带有限流电阻R的交直流混合电路包括两种：R与开关S串联后与交流LED并联、R与开关S并联后串联接入供电回路，其特征是：限流电阻R与开关S串联为一组，该组与交流LED并联，可对交流LED分流，与交流LED的交流端并联时，开关S是电磁继电器、两个一象限开关器件反向串联、四像限或三象限开关器件、温敏电阻；与采用整流电路的交流LED的直流侧的直流LED并联时，开关S是电磁继电器、两像限或一象限开关器件、温敏电阻；限流电阻R与开关S并联后串联接入交流LED的供电回路，可对供电回路分压，接入位置是直流LED整流电路与交流LED之间，开关S是电磁继电器、两个一象限开关器件反向串联、四像限或三象限开关器件；接入位置是直流LED整流电路直流脉动输出端，是电磁继电器、两像限或一象限开关器件；所述一象限开关器件是只能开通一个方向电流的器件，所述两象限开关器件是只能开通和关断一个方向电流的器件，所述两象限开关器件是只能开通两个方向电流的器件，所述三象限开关器件是能够开通和关断不同方向电流的器件，所述四象限开关器件是能够开通和关断两个方向电流的器件，所述四象限开关器件是两个两象限开关器件反向串联，或一个两象限开关器件与整流电路直流侧串联；

限流和控流混合的LED电路，其特征是：直流LED直接串联接入直流LED驱动电路直流侧供电回路；直流LED反向并联稳压二极管跨接于无源滤波电路输出端或直流LED直接跨接于无源滤波电路输出端，无源滤波电路输入端串联接入直流LED驱动电路直流侧供电回路。

2.权利要求1所述一种LED照明控制系统所述的一种带有限流电阻R的交直流混合电路，其特征是，其限流电阻R与开关S的控制策略分为闭合和关断，针对R与开关S串联的关断控制策略其特征是：

步骤1：开关S初始状态为闭合，当系统接入电源时，电流通过开关S和R组成的分路向直流LED驱动充电，流过交流LED的电流极少；直流LED驱动电路启动，初始状态为不工作或恒定功率输出；

步骤2：当直流LED驱动设定的充电时间结束，或者流入直流LED驱动直流侧的电流均值逐渐减小并跌落在设定的断开阀值内的时候，开关S置断开或检测到电流过零点时开关S置断开，直流LED驱动电路置为正常工作；

针对R与开关S串联的闭合控制策略其特征是：

闭合条件1：若流过交流LED的电流的绝对值或流入直流LED驱动直流侧的电流值超过设定的I段保护阀值，则开关S置闭合或检测到电流过零点时开关S置闭合，直流LED驱动电路置为不工作或恒定功率输出；

闭合条件2：流过交流LED的电流绝对值的均值或流入直流LED驱动直流侧的电流均值超过II段保护阀值并持续设定的时间，开关S置闭合或检测到电流过零点时开关S置闭合，直流LED驱动电路置为不工作或恒定功率输出；

针对R与开关S并联的闭合控制策略其特征是：

步骤1：开关S初始状态为开路，当系统接入电源时，限流电阻R限制电源向直流LED驱动充电的电流；直流LED驱动电路启动，初始状态为不工作或恒定功率输出；

步骤2：当直流LED驱动设定的充电时间结束，或者流入直流LED驱动直流侧的电流均值逐渐减小并跌落在闭合阀值内的时候，开关S置闭合或检测到电流过零点时开关S置闭合，直流LED驱动电路置为正常工作；

针对R与开关S并联的关断控制策略其特征是：

关断条件1：若流过开关S的电流绝对值或流入直流LED驱动直流侧的电流值超过I段保护阀值，开关S置断开或检测到电流过零点时开关S置断开，直流LED驱动电路置为不工作或恒定功率输出；

关断条件2：流过开关S的电流绝对值的均值或或流入直流LED驱动直流侧的电流均值超过II段保护阀值并持续设定的时间，开关S置断开或检测到电流过零点时开关S置断开，直流LED驱动电路置为不工作或恒定功率输出。

3.权利要求1所述一种LED照明控制系统，其控制策略是通过控制直流LED驱动电路的输出电流或输出功率，调节直流LED驱动电路的输入电流或输入电压，达到调节整个照明电路的目的，包括控流策略和功率控制策略；设直流LED驱动输入侧称为直流侧，直流LED驱动输出侧称为低压侧，直流侧电压为u1，串联的LED两端电压为U2，低压侧串联的LED两端电压为U3，由于LED内阻较小，粗糙的控制时U2、U3可取LED阀值电压附近的定值，若采用变压整流结构，原副匝比为n，若采用倍压整流K为0.5，否则K为1，设目标电流是流过无驱动的LED的电流绝对值均值i1r，控流策略其特征是包括如下步骤：

步骤1：由给定的i1r得出i2ref，i2ref＝K×n×i1r×u1÷U3；

步骤2：对i2ref限幅，取i2ref与低压侧LED输出电流最大值两者中较小者作为指令电流，低压侧输出电流跟踪该指令电流；

步骤3：跳到步骤1；

设整个电路数出功率为Pall，功率控制策略其特征是包括如下步骤：

步骤1：由给定的Pall得出i2ref，设u1’＝K×n×u1，U2’＝|U2|(或abs(U2))，i2ref＝Pall×u1’÷(u1’+U2’)÷U3；

步骤2：对i2ref限幅，取i2ref与低压侧LED输出电流最大值两者中较小者作为指令电流，低压侧输出电流跟踪该指令电流；

步骤3：跳到步骤1。