CN108200685A - 用于可控硅开关控制的led照明系统 - Google Patents

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Abstract

提供了用于可控硅开关控制的LED照明系统。系统包括：整流模块，被配置为对系统的输入电压进行整流，并且将经整流的电压传输到LED、恒流模块和使能控制模块；使能控制模块，接收对流过LED的电流的感测电压并且比较感测信号与预定义的阈值电压，当感测电压低于阈值电压时使能控制模块输出逻辑低电平的使能信号，并且感测电压高于阈值电压时使能控制模块输出逻辑高电平的使能信号；以及恒流模块，恒流模块被配置为接收使能信号并且生成泄放电流，其中当使能信号为逻辑高电平时恒流模块输出泄放电流到LED，并且当使能信号为逻辑低电平时恒流模块不输出电流到LED。

Description

用于可控硅开关控制的LED照明系统
技术领域
本发明的某些实施例涉及集成电路。更具体地，本发明的一些实施例提供了用于可控硅开关控制的LED照明系统。
背景技术
LED作为一种节能环保的新型光源，由于具有高亮度、低功耗而且寿命长的优点而被广泛用于各个领域。由于在接近额定电流的范围内，LED的发光亮度与流过的电流成正比而与其两端的电压无关，因此LED在工作时希望恒流源来供电。
图1是示出了传统线性恒流LED照明系统的图示。该系统因结构简单可靠、系统成本低的特点在LED照明等领域有广泛应用。系统的主要控制单元包括：误差放大器U1，功率调整管M1，LED电流的感测电阻R1，其中U1放大器的正向输入端是基准电压，负向输入端与感测电阻R1连接，U1的输出端与功率调整管M1的GATE连接。
如图1所示，系统上电以后，AC输入电压(例如，VAC)被接收，并进行全波整流处理以生成经整流的电压101。例如，经整流的电压101不下降至0伏特以下。系统上电以后市电经过全波整流器BD1整流后产生电压Vbulk，控制单元的U1放大器在上电后控制GATE端电压使M1处于导通状态，当Vbulk电压高于LED的最小击穿电压后，电流通过LED经调整管M1流入感测电阻R1，R1的电压大小对应LED的流入电流，U1放大器通过感测R1的电压Vsense并与另一输入端的参考电压Vref进行误差放大来调节M1的GATE电压实现LED的恒流控制。输出的LED电流如等式1所示：
其中，R1代表电阻器R1的阻值，并且Vref代表参考电压。
图2是根据图1所述的LED照明系统的控制方式的具体时序图。在TRAIC调光(TRIACdimming)开关应用领域，Vbulk是以交流信号整流且TRAIC斩波后的波形进入LED的阳极，这就会导致在TRAIC调光器的关断周期(off cycle)或Vbulk电压较低的市电工频周期里LED因击穿电压不足而无法导通，也无电流流过LED，如图2所示的t1～t2时间段。此时图1的恒流控制电路仍然在工作，因Vbulk电压较低无电流流过LED，所以U1放大器的输出端gate电压处于较高电平。当TRAIC调光器工作进入开启周期(on cycle)时，如图2中t3时刻，Vbulk电压迅速增加，而此时gate电压处于较高电平导致输出LED电流过冲，在图1的恒流环路调整过程中，LED电流冲高后还有一段振荡时期，如图2的t3～t4时间段。
由此带来的问题是因TRAIC调光器导致的Vbulk电压变化引起LED输出电流的过冲和振荡，对于部分TRAIC调光器这种输出电流的过冲和振荡甚至会引发TRAIC调光器发生不正常工作(misfire)，进而引起输出LED电流的异常波动导致出现LED灯闪。
因此，非常需要改进可控硅开关控制的LED照明系统。
发明内容
本发明的某些实施例涉及集成电路。更具体地，本发明的一些实施例提供了用于LED可控硅开关控制的系统。仅作为示例，本发明的一些实施例被应用到LED照明。但是，将认识到，本发明有更广泛的适用范围。
本发明介绍了一种用于LED照明系统高兼容性可控硅开关控制系统和方法，通过对系统恒流电路的使能控制，去除TRAIC调光过程中因线电压突变引发的电流过冲和振荡，防止部分TRAIC调光器因电流冲击发生工作异常，从而提高LED照明系统对TRAIC调光器的兼容性。
根据一个实施例，提供了一种用于LED可控硅开关控制的系统，系统包括：整流模块，被配置为对系统的输入电压进行整流，并且将经整流的电压传输到LED、恒流模块和使能控制模块；使能控制模块，接收对流过LED的电流的感测电压并且比较感测信号与预定义的阈值电压，当感测电压低于阈值电压时使能控制模块输出逻辑低电平的使能信号，并且感测电压高于阈值电压时使能控制模块输出逻辑高电平的使能信号；以及恒流模块，恒流模块被配置为接收使能信号并且生成泄放电流，其中当使能信号为逻辑高电平时恒流模块输出泄放电流到LED，并且当使能信号为逻辑低电平时恒流模块不输出电流到LED。
根据另一实施例，提供了一种包括如本公开的实施例所述的用于LED开关控制的系统的LED灯具。
根据实施例，可以获得一项或多项益处。参考随后的详细的说明和附图，这些好处和本发明的各种附加的目的、特征和优势可得以透彻地理解。
附图说明
图1是示出了传统可控硅(TRAIC)开关线性恒流LED照明系统的图示。
图2是根据图1所述的可控硅(TRAIC)开关线性恒流LED照明系统的控制方式的具体时序图。
图3是示出了根据本公开的实施例的TRAIC开关LED照明系统的图示。
图4是根据图3所述的TRAIC开关LED照明系统的控制方式的具体时序图。
图5是示出了根据本公开的另一实施例的TRAIC开关LED照明系统的图示。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中提出了许多具体细节，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很明显的是，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的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
图3是示出了根据本公开的实施例的TRAIC开关LED照明系统的图示。图3仅是示例，其不应不适当地限制权利要求的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替换和修改。系统控制器300包括恒流电路310和使能控制电路320。恒流电路310包括放大器U1、功率调整管M1、以及电阻R1。使能控制电路320包括电阻R2和R3、比较器U2、开关SW1。
如图3所示，根据一个实施例，AC输入电压(例如，VAC)被接收和整流(例如，进行全波整流)以生成整流电压。例如，经整流的电压没有落在芯片地(例如，零伏特)以下。功率调整管M1的源极与电阻R1连接，栅极与放大器U1的输出端连接，并且漏极与LED的阴极连接。电阻R2、R3与功率调整管M1的漏极和地连接，R2和R3的连接点DS连接到比较器U2的输入端，以感测M1的漏极电压变化。
在图3的示例中，比较器U2的同相输入端连接到R2和R3的连接点DS，反相输入端接阈值参考电压Vth，比较器U2输出信号使能信号(例如，en)控制恒流电路的使能开关SW1。
根据一个实施例，当DS电压低于阈值电压Vth时，表示M1的漏极电压较低，系统无法为恒流电流提供设置的电流，SW1将恒流电路关闭。当DS电压高于阈值电压Vth时，表示M1的漏极电压足够高(高于恒流设置电流所需最小漏极电压)，系统能够为恒流电路提供设置的电流，SW1将恒流电路打开。
由于恒流电路开启过程中放大器U1输出电压从0开始缓慢调整至所需电位，对应输出LED电流也从0开始渐变至设置电流值，这一过程中无过冲和振荡，减少了对TRIAC调光器的冲击。
在图3的示例中，功率调整管M1是场效应晶体管(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))。在另一示例中，功率调整管是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。在另一示例中，功率调整管是双极结型晶体管。在各种示例中，系统300可以包括更多或更少的元件，其中参考电压Vref的值可以由本领域技术人员根据需要设置。
图4是根据图3所述的TRAIC开关LED照明系统的控制方式的具体时序图。波形410表示作为时间函数的经滤波整流的系统输入电压Vbulk；波形420表示作为时间函数的节点DS处的电压；波形430表示作为时间函数的比较器U2输出信号使能信号；波形440表示作为时间函数的放大器U1的输出信号；波形450表示作为时间函数的LED电流Iled。
根据一个实施例，系统上电后，自t1时刻以后TRAIC调光器进入开启周期(oncycle)，Vbulk电压迅速增加。当Vbulk超过LED负载的导通电压后在调整管M1的漏极产生电压VDRAIN，VDRAIN经电阻R1和R2分压后对应信号DS。
在t1～t2时间段，由于DS电压小于控制器设置阈值Vth，比较器U2输出信号en为逻辑低电平，恒流电路被关闭，放大器U1输出信号gate为低电压，对应输出LED电流为0。
在t2时刻，DS电压高于控制器设置阈值Vth，比较器U2输出信号en为逻辑高电平，恒流电路被打开。
在t2～t3时间段，放大器U1输出信号gate从低电压开始调整，对应输出LED电流从0开始调整至设置电流值。
在t4时刻，由于DS电压小于控制器设置阈值Vth，比较器U2输出信号en为逻辑低电平，恒流电路再次被关闭。
图5是示出了根据本公开的实施例的TRAIC开关LED照明系统的图示。图5仅是示例，其不应不适当地限制权利要求的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替换和修改。系统控制器500包括恒流电路和使能控制电路。恒流电路包括放大器U1、功率调整管M1、以及电阻R1。使能控制电路包括电阻R2和R3、比较器U2、开关SW1。图5示出的元件的功能和连接方式与图3中类似，在此不再赘述。在根据图5的实施例中，电阻R1连接到LED的阳极。换言之，系统控制器连接在输入电源以及一个或多个LED之间。
根据一个实施例，在系统的开启周期中：在从第一时刻到第二时刻的第一时间段期间感测电压低于阈值电压，使能控制信号为逻辑低电平，在第二时刻处，感测电压变得高于阈值电压，使能控制信号变为逻辑高电平，在从第二时刻到第三时刻的第二时间段期间感测电压保持高于阈值电压，控制信号为逻辑高电平，泄放电流使得流过LED的电流逐渐增大，并且在第四时刻处，感测电压变得低于阈值电压，使能控制信号变为逻辑低电平。
根据一个实施例，提供了一种用于LED开关控制的系统，系统包括：整流模块，被配置为对系统的输入电压进行整流，并且将经整流的电压传输到LED、恒流模块和使能控制模块；使能控制模块，接收对流过LED的电流的感测电压并且比较感测信号与预定义的阈值电压，当感测电压低于阈值电压时使能控制模块输出逻辑低电平的使能信号，并且感测电压高于阈值电压时使能控制模块输出逻辑高电平的使能信号；以及恒流模块，恒流模块被配置为接收使能信号并且生成泄放电流，其中当使能信号为逻辑高电平时恒流模块输出泄放电流到LED，并且当使能信号为逻辑低电平时恒流模块不输出电流到LED。
根据一个实施例，恒流模块包括放大器、功率调整管以及第一电阻，其中：功率晶体管的源极与电阻连接，栅极与放大器的输出端连接，并且漏极与LED的阴极连接。根据一个实施例，使能控制模块包括：串联连接的第一电阻和第二电阻，第一电阻和第二电阻一端与功率晶体管的漏极连接，一端接地；以及比较器，比较器的同相输入端连接到第一电阻和第二电阻的连接点，反相输入端接阈值电压。
本发明的某些实施例涉及集成电路。更具体地，本发明的一些实施例提供了用于LED开关控制的系统。仅作为示例，本发明的一些实施例被应用到LED照明。但是，将认识到，本发明有更广泛的适用范围。
例如，使用一个或多个软件组件、一个或多个硬件组件、和/或软件和硬件组件的一个或多个组合，本发明的各种实施例的一些或全部组件各自单独地和/或以与至少另一组件结合的方式被实施。在另一示例中，本发明的各种实施例的一些或全部组件各自单独地和/或以与至少另一组件结合的方式被实施在诸如一个或多个模拟电路和/或一个或多个数字电路之类的一个或多个电路中。在另一示例中，本发明的各种实施例和/或示例可以被结合。
虽然已经描述了本发明的特定实施例，但本领域的技术人员应该理解，存在等同于所描述的实施例的其它实施例。因此，应该理解，本发明并不限于所示出的具体实施例，而仅由所附权利要求的范围所限定。

Claims (6)

1.一种用于可控硅(TRAIC)开关控制的LED照明系统，所述系统包括：
整流模块，所述整流模块被配置为对系统的输入电压进行整流并且将经整流的电压传输到LED、恒流模块和使能控制模块；
使能控制模块，所述使能控制模块接收对流过所述LED的电流的感测电压并且比较所述感测信号与预定义的阈值电压，当所述感测电压低于所述阈值电压时所述使能控制模块输出逻辑低电平的使能信号，并且所述感测电压高于所述阈值电压时所述使能控制模块输出逻辑高电平的使能信号；以及
恒流模块，所述恒流模块被配置为接收使能信号并且生成泄放电流，其中当所述使能信号为逻辑高电平时所述恒流模块输出所述泄放电流到所述LED，并且当所述使能信号为逻辑低电平时所述恒流模块不输出电流到所述LED。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述恒流模块包括放大器、功率调整管以及第一电阻，其中：
所述功率晶体管的源极与所述电阻连接，栅极与所述放大器的输出端连接，并且漏极与所述LED的阴极连接。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述使能控制模块包括：
串联连接的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻一端与所述功率晶体管的漏极连接，一端接地；以及
比较器，所述比较器的同相输入端连接到所述第一电阻和所述第二电阻的连接点，反相输入端接所述阈值电压。
4.如权利要求1所述的系统，其中在所述系统的开启周期中：
在从所述第一时刻到第二时刻的第一时间段期间所述感测电压低于所述阈值电压，所述使能控制信号为逻辑低电平，
在第二时刻处，所述感测电压变得高于所述阈值电压，所述使能控制信号变为逻辑高电平，
在从所述第二时刻到第三时刻的第二时间段期间所述感测电压保持高于所述阈值电压，所述控制信号为逻辑高电平，所述泄放电流使得流过所述LED的电流逐渐增大，并且
在第四时刻处，所述感测电压变得低于所述阈值电压，所述使能控制信号变为逻辑低电平。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述系统控制器连接在输入电源以及所述LED之间。
6.一种包括如权利要求1-5中的任何一项所述的用于LED可控硅开关控制的系统的LED灯具。
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