CN108495419B - 降低谐波失真的led调光电路、调光装置及调光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低谐波失真的LED调光电路、调光装置及调光方法，其中，所述降低谐波失真的LED调光电路包括分压模块、多路选择模块、调光译码模块和恒流源模块；由分压模块对线电压进行分压后通过不同的抽头输出对应幅值的电压信号至多路选择模块；调光译码模块根据接收到的调光输入信号译码输出亮度数据至所述多路选择模块；由多路选择模块根据所述亮度数据将分压模块对应抽头输出的电压信号输出至恒流源模块，恒流源模块根据当前接收到的电压信号控制流LED灯串的电流。本发明能同时满足调光和谐波失真低的需求，使得在调光的同时不引入高次谐波，减少电网干扰，提高产品的工作稳定性。

Description

降低谐波失真的LED调光电路、调光装置及调光方法

技术领域

本发明涉及LED技术领域，特别涉及一种降低谐波失真的LED调光电路、调光装置及调光方法。

背景技术

线性恒流驱动LED灯，虽然流过LED灯的电流是恒定的，这是整流桥将交流电的负半周期转换正电压导致的，但是如果从零线或火线上观察电流就会发现电流会由正电流翻转为负电流，此时会引入电流的高次谐波，干扰电网。

如图1所示，一般线性LED驱动方法要满足各次谐波失真的规范，需要利用调光电路把交流电的分压作为调光的参考电压实现电流与交流电压同步变化，不会出现正反电流的阶跃跳变，就不会引入高次谐波。但也因此占用了调光电路，使得要么只能调光，但谐波失真高；要么不能调光，但谐波失真低。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种降低谐波失真的LED调光电路、调光装置及调光方法，能同时满足调光和谐波失真低的需求，使得在调光的同时不引入高次谐波，减少电网干扰，提高产品的工作稳定性。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种降低谐波失真的LED调光电路，其包括分压模块、多路选择模块、调光译码模块和恒流源模块；由分压模块对线电压进行分压后通过不同的抽头输出对应幅值的电压信号至多路选择模块；调光译码模块根据接收到的调光输入信号译码输出亮度数据至所述多路选择模块；由多路选择模块根据所述亮度数据将分压模块对应抽头输出的电压信号输出至恒流源模块，恒流源模块根据当前接收到的电压信号控制流LED灯串的电流。

所述的降低谐波失真的LED调光电路中，所述分压模块包括电阻串，所述电阻串由若干个分压电阻串联构成，所述电阻串的上端连接线电压输出端，所述电阻串的下端接地；每个分压电阻的下端抽头分别引出与所述多路选择模块连接。

所述的降低谐波失真的LED调光电路中，所述调光译码模块具体用于对接收到的模拟调光信号进行模数转换后输出数字信号至多路选择模块。

所述的降低谐波失真的LED调光电路中，所述调光译码模块具体用于对接收到的PWM信号进行占空比判断，并将得到的占空比数据输出至多路选择模块。

所述的降低谐波失真的LED调光电路中，所述调光译码模块具体用于通过有线或无线通信直接接收亮度数据并将其输出至多路选择模块。

所述的降低谐波失真的LED调光电路中，所述多路选择模块包括若干个数量与分压电阻对应的开关，每个开关的一端对应连接一个分压电阻的下端抽头，每个开关的另一端均连接恒流源模块，每个开关的控制端均连接所述调光译码模块。

所述的降低谐波失真的LED调光电路中，所述多路选择模块还包括编码器，所述编码器的输入端连接所述调光译码模块，所述编码器的若干个输出端对应连接每个开关的控制端。

所述的降低谐波失真的LED调光电路中，所述恒流源模块包括运算放大器、第一MOS管和采样电阻；所述运算放大器的同相输入端为所述恒流源模块的控制端，连接所述多路选择模块，所述运算放大器的反相输入端连接第一MOS管的源极和采样电阻的一端，所述运算放大器的输出端连接第一MOS管的栅极；所述第一MOS管的漏极连接LED灯串的负极；所述采样电阻的另一端接地。

一种降低谐波失真的LED调光方法，其包括如下步骤：

由分压模块对线电压进行分压后通过不同的抽头输出对应幅值的电压信号至多路选择模块；

调光译码模块根据接收到的调光输入信号译码输出亮度数据至所述多路选择模块；

由多路选择模块根据所述亮度数据将分压模块对应抽头输出的电压信号输出至恒流源模块；

恒流源模块根据当前接收到的电压信号控制流LED灯串的电流。

一种LED调光装置，包括外壳，所述外壳内设置有PCB板，所述PCB板上设置有如上所述的降低谐波失真的LED调光电路。

相较于现有技术，本发明提供的降低谐波失真的LED调光电路、调光装置及调光方法中，所述降低谐波失真的LED调光电路包括分压模块、多路选择模块、调光译码模块和恒流源模块；由分压模块对线电压进行分压后通过不同的抽头输出对应幅值的电压信号至多路选择模块；调光译码模块根据接收到的调光输入信号译码输出亮度数据至所述多路选择模块；由多路选择模块根据所述亮度数据将分压模块对应抽头输出的电压信号输出至恒流源模块，恒流源模块根据当前接收到的电压信号控制流LED灯串的电流。本发明能同时满足调光和谐波失真低的需求，使得在调光的同时不引入高次谐波，减少电网干扰，提高产品的工作稳定性。

附图说明

图1为现有技术中线性LED驱动的电路图。

图2为本发明提供的降低谐波失真的LED调光电路的结构框图。

图3为本发明提供的降低谐波失真的LED调光电路第一较佳实施例的电路图。

图4为本发明提供的降低谐波失真的LED调光电路第二较佳实施例的电路图。

图5为本发明提供的降低谐波失真的LED调光电路第三较佳实施例的电路图。

图6为本发明提供的降低谐波失真的LED调光方法的流程图。

具体实施方式

鉴于现有技术中线性LED驱动无法同时满足调光和谐波失真低等缺点，本发明的目的在于提供一种降低谐波失真的LED调光电路、调光装置及调光方法，能同时满足调光和谐波失真低的需求，使得在调光的同时不引入高次谐波，减少电网干扰，提高产品的工作稳定性。

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图2，本发明提供的降低谐波失真的LED调光电路与LED灯串连接，包括整流模块50、分压模块10、多路选择模块20、调光译码模块30和恒流源模块40，所述整流模块50的输入端输入交流电，所述整流模块50的输出端连接分压模块10和LED灯串的正极，所述分压模块10分别引出若干个抽头与多路选择模块20连接，所述多路选择模块还连接恒流源模块40的控制端和调光译码模块30。

本发明通过所述整流模块50对输入交流电进行整流后输出线电压，由所述分压模块10对线电压进行分压后，通过不同的抽头输出对应幅值的电压信号至多路选择模块20，并且通过调光译码模块30接收调光输入信号，根据所述调光输入信号译码输出亮度数据至所述多路选择模块20，由多路选择模块20根据所述亮度数据将分压模块10对应抽头输出的电压信号输出至恒流源模块40，恒流源模块40根据当前接收到的电压信号控制流LED灯串的电流，即分压模块10的每个抽头将输出不同幅值的电压信号，且每个电压信号的周期相位均与线电压Vac相同，在调光时，多路选择器根据调光译码模块30输出的亮度数据选择其中一路抽头的电压输出至恒流源模块40作为调光的参考电压，即可实现在调光的同时不引入高次谐波，同时满足了调光和低谐波失真的需求，提升产品性能和工作稳定性。

具体地，所述分压模块10包括电阻串，所述电阻串由若干个分压电阻串联构成，如图中Rh、R1、R2、...、Rn-1、Rn所示，具体分压电阻的数量可根据实际调光需求进行选择，本发明对此不作限定，所述电阻串的上端连接线电压输出端，所述电阻串的下端接地；每个分压电阻的下端抽头分别引出与所述多路选择模块20连接，即本发明通过若干个分压电阻对线电压进行分压，每个分压电阻的下端抽头将输出不同幅值的电压信号，多路选择器通过控制每一路抽头的导通与关闭来选择输出至恒流源模块40的电压信号，进而实现调光控制，且由于分压过程中所得到的电压信号周期相位均与线电压相同，因此最终流过LED灯串的电流不会含有其他频率的分量，使得在实现调光的同时不引入高次谐波，有效减少了LED工作过程中的电网干扰。

具体地，所述调光输入信号可有多种选择，例如包括模拟电压和模拟电流的模拟调光信号、PWM信号以及SPI，I2C，UART，WiFi，蓝牙等有线或无线信号，可根据具体的产品需求进行选择，根据调光输入信号的不同，本发明提供的降低谐波失真的LED调光电路中，所述调光译码模块30也具有多种实现方式。

请参阅图3，本发明第一较佳实施例中，所述调光输入信号为模拟调光信号，需说明的是，本实施例中仅以5个分压电阻实现5级亮度调节进行解释说明，当然，在其他实施例中可根据需要调整分压电阻的数量。本实施例中，所述调光译码模块30可通过模数转换器实现，其具体用于对接收到的模拟调光信号进行模数转换后输出数字信号至多路选择模块20，即将模数转换后得到的数字信号作为亮度数据输出至多路选择模块20，由多路选择模块20根据该数字信号选择其中一路抽头导通，将对应的电压信号输出至恒流源模块40。

进一步地，本实施例中所述多路选择模块20包括若干个数量与分压电阻对应的开关，如图3中K1至K5所示，每个开关的一端对应连接一个分压电阻的下端抽头，每个开关的另一端均连接恒流源模块40，每个开关的控制端均连接所述调光译码模块30。所述开关可通过继电器、三极管、MOSFET、传输门等实现。

更进一步地，所述多路选择模块20还包括编码器21，所述编码器21的输入端连接所述调光译码模块30，所述编码器21的若干个输出端对应连接每个开关的控制端。即编码器21接收到调光译码模块30输出的亮度数据后，对所述亮度数据进行编码，以分别控制每个开关的闭合进而实现调光。

更进一步地，本实施例中所述恒流源模块40包括运算放大器A1、第一MOS管Q1和采样电阻Rcs；所述运算放大器A1的同相输入端为所述恒流源模块40的控制端，连接所述多路选择模块20，所述运算放大器A1的反相输入端连接第一MOS管Q1的源极和采样电阻Rcs的一端，所述运算放大器A1的输出端连接第一MOS管Q1的栅极；所述第一MOS管Q1的漏极连接LED灯串的负极；所述采样电阻Rcs的另一端接地。通过编码器21控制分别控制每个开关的闭合后将对应输出一路电压信号至运算放大器A1的同相输入端，以作为恒流源模块40的参考电压Vref实现LED驱动电流的调节。

具体实施时，本实施例中分压模块10的电阻串Rh、R1~R4对线电压Vac分压，分别得到五个电压信号，即V1~V5，其中：

V1=(R1+R2+R3+R4)/ (Rh+R1+R2+R3+R4)*Vac；

V2=( R2+R3+R4)/ (Rh+R1+R2+R3+R4)*Vac；

V3=( R3+R4)/ (Rh+R1+R2+R3+R4)*Vac；

V4=( R4)/ (Rh+R1+R2+R3+R4)*Vac；

V5=0/ (Rh+R1+R2+R3+R4)*Vac=0V；

其中Vac=|Vmax*sinωt|，Vmax为峰值电压，ω为角频率，t为时间。

假设本实施例中的模数转换器为一个3bit的模数转换，测量范围为0V~Vfs，把模拟调光信号Vdim转换成000，001，...，111的二进制数字后传输给多路选择模块20，而多路选择模块20由五个开关和编码器21组成，所述编码器21将对接收到的3bit数字信号进行编码，将其转换为5bit的热独码，每个比特分别控制一个开关，具体采用独热编码，例如将000编码成00001；001和010都编码成00010；011和100都编码成00100；101和110都编码成01000；111编码成10000。

同时，恒流源模块40的输出电流为Iled=Vref/Rcs，假设当前输入的Vdim=0.4Vfs，则ADC输出为011，热独码编码器21输出00100，此时K3导通，其他开关断开，则Vref=V3，Iled=V3/Rcs=( R3+R4)/ (Rh+R1+R2+R3+R4) |Vmax*sinωt|，由此可见，LED灯串的电流不含有其他频率的分量，因此没有谐波失真；而当输入Vdim=0V时，ADC输出为000，热独码编码器21输出00001，此时K5导通，其他开关断开，则Vref=V5，Iled=V5/Rcs=0，由此可见，LED无电流，因此也没有谐波失真。如此类推，只要改变模拟调光信号Vdim的输入电压即可改变流过LED灯串的电流的有效值，从而实现调光，且不会引入高次谐波，同时满足调光和谐波失真低的需求，使得在调光的同时不引入高次谐波，减少电网干扰，提高产品的工作稳定性。

进一步地，请参阅图4，本发明第二较佳实施例中，所述调光输入信号为模拟调光信号，与第一较佳实施例不相同的是，本实施例中所述调光译码模块30通过占空比判断器实现，其具体用于对接收到的PWM信号进行占空比判断，并将得到的占空比数据输出至多路选择模块20，即将PWM信号的占空比数据作为亮度输出输出至多路选择模块20实现调光控制，具体实施时，所述占空比判断器由采样时钟和计数器组成，假设PWM信号一个周期内采样N次，计数器计数PWM信号一个周期内为高电平被采样到的次数，即可获取当前PWM信号的占空比作为亮度数据，将该亮度数据传输给多路选择模块20中的编码器21进行编码后即可选择对应的分压信号作为恒流源模块40的参考电压Vref，具体的编码规则与第一较佳实施例中类似，此处不再详述，同样也可在实现调光的同时不引入高次谐波。

更进一步地，请参阅图5，本发明第三较佳实施例中，所述调光输入信号为有线或无线信号，与第一较佳实施例不相同的是，所述调光译码模块30通过蓝牙模块、WiFi模块或者SPI等串行接口实现，其具体用于通过有线或无线通信直接接收亮度数据并将其输出至多路选择模块20，本实施例中以蓝牙信号为例进行说明，通过蓝牙模块直接接收外部蓝牙控制器发送的亮度数据，并把数据传输给多路选择模块20，多路选择模块20选择对应的电阻分压输出到恒流源模块40的控制端作为其参考电压Vref，进而实现对LED灯串电流的控制。因为蓝牙发送数据时可以直接发送热独码作为亮度数据，因此本实施例中所述多路选择模块20可以不需要设置编码器21。

并且本实施例中所述恒流源模块40还可通过电流镜来实现，其包括第二MOS管Q2和第三MOS管Q3，所述第二MOS管Q2的漏极为恒压源模块的控制端，其连接第二MOS管Q2的栅极和第三MOS管Q3的栅极，所述第二MOS管Q2的源极和第三MOS管Q3的源极均接地，所述第三MOS管Q3的漏极连接LED灯串的负极。

相应地，本发明还提供一种降低谐波失真的LED调光方法，如图6所示，所述降低谐波失真的LED调光方法包括如下步骤：

S100、由分压模块对线电压进行分压后通过不同的抽头输出对应幅值的电压信号至多路选择模块；

S200、调光译码模块根据接收到的调光输入信号译码输出亮度数据至所述多路选择模块；

S300、由多路选择模块根据所述亮度数据将分压模块对应抽头输出的电压信号输出至恒流源模块；

S400、恒流源模块根据当前接收到的电压信号控制流LED灯串的电流。

本发明还相应提供一种LED调光装置，包括外壳，所述外壳内设置有PCB板，所述PCB板上设置有如上所述的降低谐波失真的LED调光电路，由于上文已对所述降低谐波失真的LED调光电路进行了详细介绍，此处不再详述。

综上所述，本发明提供的降低谐波失真的LED调光电路、调光装置及调光方法中，所述降低谐波失真的LED调光电路包括分压模块、多路选择模块、调光译码模块和恒流源模块；由分压模块对线电压进行分压后通过不同的抽头输出对应幅值的电压信号至多路选择模块；调光译码模块根据接收到的调光输入信号译码输出亮度数据至所述多路选择模块；由多路选择模块根据所述亮度数据将分压模块对应抽头输出的电压信号输出至恒流源模块，恒流源模块根据当前接收到的电压信号控制流LED灯串的电流。本发明能同时满足调光和谐波失真低的需求，使得在调光的同时不引入高次谐波，减少电网干扰，提高产品的工作稳定性。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种降低谐波失真的LED调光电路，其特征在于，包括分压模块、多路选择模块、调光译码模块和恒流源模块；由分压模块对线电压进行分压后通过不同的抽头输出对应幅值的电压信号至多路选择模块；调光译码模块根据接收到的调光输入信号译码输出亮度数据至所述多路选择模块，所述调光译码模块具体用于对接收到的模拟调光信号进行模数转换后输出数字信号至多路选择模块；由多路选择模块根据所述亮度数据将分压模块对应抽头输出的电压信号输出至恒流源模块，恒流源模块根据当前接收到的电压信号控制流LED灯串的电流；其中，所述多路选择模块包括若干个数量与分压电阻对应的开关以及编码器，每个开关的一端分别连接分压模块，每个开关的另一端均连接恒流源模块，每个开关的控制端均连接所述调光译码模块；所述编码器的输入端连接所述调光译码模块，所述编码器的若干个输出端对应连接每个开关的控制端；编码器接收到调光译码模块输出的亮度数据后，对所述亮度数据进行编码，以分别控制每个开关的闭合进而实现调光。

2.根据权利要求1所述的降低谐波失真的LED调光电路，其特征在于，所述分压模块包括电阻串，所述电阻串由若干个分压电阻串联构成，所述电阻串的上端连接线电压输出端，所述电阻串的下端接地；每个分压电阻的下端抽头分别引出与所述多路选择模块连接。

3.根据权利要求1所述的降低谐波失真的LED调光电路，其特征在于，所述调光译码模块具体用于对接收到的PWM信号进行占空比判断，并将得到的占空比数据输出至多路选择模块。

4.根据权利要求1所述的降低谐波失真的LED调光电路，其特征在于，所述调光译码模块具体用于通过有线或无线通信直接接收亮度数据并将其输出至多路选择模块。

5.根据权利要求1所述的降低谐波失真的LED调光电路，其特征在于，所述恒流源模块包括运算放大器、第一MOS管和采样电阻；所述运算放大器的同相输入端为所述恒流源模块的控制端，连接所述多路选择模块，所述运算放大器的反相输入端连接第一MOS管的源极和采样电阻的一端，所述运算放大器的输出端连接第一MOS管的栅极；所述第一MOS管的漏极连接LED灯串的负极；所述采样电阻的另一端接地。

6.一种根据权利要求1-5任一所述的降低谐波失真的LED调光电路的调光方法，其特征在于，包括如下步骤：

由分压模块对线电压进行分压后通过不同的抽头输出对应幅值的电压信号至多路选择模块；

调光译码模块根据接收到的调光输入信号译码输出亮度数据至所述多路选择模块；

由多路选择模块根据所述亮度数据将分压模块对应抽头输出的电压信号输出至恒流源模块；

恒流源模块根据当前接收到的电压信号控制流LED灯串的电流。

7.一种LED调光装置，包括外壳，所述外壳内设置有PCB板，其特征在于，所述PCB板上设置有如权利要求1-5任意一项所述的降低谐波失真的LED调光电路。