CN108770119A - 具有可控硅调光器的led驱动电路、电路模块及控制方法 - Google Patents

具有可控硅调光器的led驱动电路、电路模块及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电路模块及控制方法，通过在可控硅调光器TRIAC开启后，且当可控硅调光器TRIAC的导通相角小于一定相角阈值时，导通泄放电路以产生泄放电流，泄放电流即可用于加长可控硅调光器TRIAC的导通时间，从而避免可控硅调光器TRIAC调到较小角度时，系统出现波形不对称，造成光源闪烁的现象出现，以此达到改善系统兼容性的目的。

Description

具有可控硅调光器的LED驱动电路、电路模块及控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术，更具体地，涉及一种具有可控硅调光器的LED驱动电路、电路模块及控制方法。
背景技术
可控硅调光器是目前常用的调光方法，可控硅调光器采用相位控制方法来实现调光，即在正弦波每半个周期控制可控硅调光器导通，获得相同的导通相角。通过调节可控硅调光器的斩波相位，可以改变导通相角的大小，实现调光。
对于带有可控硅调光器(TRIAC Dimmer)的LED照明系统，由于可控硅调光器自身的特点，在可控硅导通时需要一定大小的维持电流，使其维持可靠的导通状态。因此，适用于可控硅调光器的LED驱动通常都会带有相应的泄放电路。当主回路电流小于可控硅维持电流时，泄放电路可提供额外的电流以维持可控硅的导通状态。
某些可控硅调光器调到较小角度时，会出现波形不对称，造成光源闪烁的现象出现，从而影响其兼容性。因此，需要系统在检测到可控硅调光器的导通相角小于一定的相角阈值时，开启泄放电路，以补充一个电流来改善可控硅调光器的兼容性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种具有可控硅调光器的LED驱动电路、电路模块及控制方法，以避免某些可控硅调光器调到较小角度时，会出现波形不对称，导致光源闪烁的现象出现，以此改善可控硅调光器的兼容性。
第一方面，提供一种电路模块，应用于具有可控硅调光器的LED驱动电路，所述电路模块包括：
泄放电路，被配置为与LED驱动电路的直流母线连接，并受控泄放母线电流；
控制器，被配置为在所述可控硅调光器的导通相角小于一定相角阈值时，导通所述泄放电路。
优选地，在所述可控硅调光器的导通相角小于一定相角阈值，且所述可控硅调光器开启后，导通所述泄放电路。
优选地，通过采样流过LED负载的驱动电流或者采样直流母线电压，获得采样信号，根据所述采样信号来识别所述可控硅调光器的导通相角。
优选地，将所述采样信号与基准信号进行比较，并获得表征所述采样信号连续大于基准信号的持续时间的控制电压信号，所述控制电压信号用以表征所述可控硅调光器的导通相角。
优选地，所述控制器包括一相角检测电路，用以获得所述控制电压信号，所述相角检测电路包括：
第一比较器，其同相输入端接收所述采样信号，反相输入端接收所述基准信号，输出端输出第一比较信号；
开关电路，所述开关电路由第一开关和第二开关串联连接构成，所述第一开关的一端连接至一直流电压，另一端连接至所述第二开关，所述第二开关的另一端连接至地；
平均电路，连接至所述第一开关和所述第二开关的公共节点，用以生成所述控制电压信号。
优选地，所述开关电路由所述第一比较信号控制，
当所述第一比较信号为高电平时，所述第一开关导通，所述直流电压对所述平均电路进行充电；
当所述第一比较信号为低电平时，所述第二开关导通，所述平均电路对地进行放电。
优选地，所述平均电路由一电阻和一电容构成，在所述电阻和所述电容的公共节点处，生成所述控制电压信号。
优选地，所述控制器还包括一第二比较器，用以将所述控制电压信号和表征所述相角阈值的参考信号进行比较，输出第二比较信号。
优选地，所述控制器还包括一置位信号产生电路，包括：
第三比较器，用以将所述直流母线电压的采样信号和第一电压阈值进行比较，输出第三比较信号；
单触发电路，用以根据所述第三比较信号，生成单触发信号；
第四比较器，用以将所述直流母线电压的采样信号和第二电压阈值进行比较，输出第四比较信号；
与门，用以根据所述单触发信号、第四比较信号以及所述第二比较信号，生成置位信号。
优选地，所述控制器还包括一复位信号产生电路，包括：
第五比较器，用以将所述直流母线电压的采样信号和第一电压阈值进行比较，输出复位信号。
优选地，所述控制器还包括一逻辑电路，用以根据所述置位信号和所述复位信号，生成所述泄放电路的控制信号。
第二方面，提供具有可控硅调光器的LED驱动电路，包括：
可控硅调光器，连接到交流输入电源；
整流电路，与所述可控硅调光器连接，向直流母线输出直流母线电压；以及
上述的电路模块。
第三方面，提供一种控制方法，用于控制具有可控硅调光器的LED驱动电路，所述方法包括：
在所述可控硅调光器的导通相角小于一定相角阈值时，导通泄放电路；
所述泄放电路被配置为与LED驱动电路的直流母线连接，并受控泄放母线电流；
优选地，在所述可控硅调光器的导通相角小于一定相角阈值，且所述可控硅调光器开启后，导通所述泄放电路。
优选地，通过采样流过LED负载的驱动电流或者采样直流母线电压，获得采样信号，根据所述采样信号来识别所述可控硅调光器的导通相角。
优选地，将所述采样信号与基准信号进行比较，并获得表征所述采样信号连续大于基准信号的持续时间的控制电压信号，所述控制电压信号用以表征所述可控硅调光器的导通相角。
本发明实施例的技术方案通过在可控硅调光器TRIAC开启后，且当可控硅调光器TRIAC的导通相角小于一定相角阈值时，导通泄放电路以产生泄放电流，泄放电流即可用于加长可控硅调光器TRIAC的导通时间，从而避免可控硅调光器TRIAC调到较小角度时，系统出现波形不对称，造成光源闪烁的现象出现，以此达到改善系统兼容性的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的LED驱动电路的电路框图；
图2是本发明实施例的控制器的电路图；
图3是本发明实施例的LED驱动电路的工作波形图；
图4是本发明另一实施例的控制器的电路图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图1是本发明实施例的LED驱动电路的电路框图。如图1所示，本实施例的LED驱动电路包括可控硅调光器TRIAC，电路模块10以及整流电路40。可控硅调光器TRIAC连接在交流输入端口和整流电路40之间。整流电路40用于将经过可控硅调光器TRIAC斩波后的交流电转换为直流电输出到直流母线BUS。电路模块10包括控制器20、泄放电路30、线性调节电路50和二极管D1。容易理解，直流母线上也可以不连接二极管D1。
泄放电路30，被配置为与LED驱动电路的直流母线BUS连接，并受控泄放母线电流。泄放电路30包括第一晶体管Q1，可以理解的是，在通常情况下，泄放电路30还可以包括泄放电流检测元件R2，泄放电流检测元件R2可以是第一晶体管Q1串联连接的检测电阻，用于生成表征泄放电流大小的电流采样信号以控制泄放电流。
控制器20，与泄放电路30相连接，被配置为在可控硅调光器TRIAC开启后，且可控硅调光器TRIAC的导通相角小于一定相角阈值时，导通泄放电路30，从而，泄放电路30中的泄放电流用于加长可控硅调光器TRIAC的导通时间，实现改善其兼容性的目的。
线性调节电路50包括第二晶体管Q2和第一检测元件R1。第一检测元件R1用于生成表征LED负载的驱动电流的电流采样信号VS1以调节第二晶体管Q2的控制电压。在图1中，线性调节电路50将LED负载集成在内。应理解，LED负载也可以采用与线性调节电路中的线性器件分离的方式设置。第一检测元件R1和第二检测元件R2可以为电阻，也可以是其他可用于采样电流的器件。
在申请中，通过采样流过LED负载的驱动电流ILED，或者采样直流母线电压VBUS，以获得采样信号VS，根据采样信号VS来识别可控硅调光器TRIAC的导通相角PH。将采样信号VS与基准信号Vref1进行比较，从而获得表征在一个周期中，采样信号VS连续大于基准信号Vref1的持续时间的控制电压信号VCF，所述控制电压信号VCF用以表征可控硅调光器TRIAC的导通相角PH。
当检测到可控硅调光器TRIAC的导通相角PH为大角度，或者系统中根本就不带有可控硅调光器TRIAC时，不开启泄放电路30；当检测到可控硅调光器TRIAC的导通相角PH小于一定相角阈值时，开启泄放电路30以产生泄放电流。从而，能够在可控硅调光器TRIAC为小角度时需要补充一个泄放电流，以此改善兼容性，且能够保障可控硅调光器TRIAC为大角度时的工作效率。
图2是本发明实施例的控制器的电路图。图2所示，本实施例以通过采样流过LED负载的驱动电流ILED以获得采样信号VS为例来加以说明，根据采样信号VS来识别可控硅调光器TRIAC的导通相角PH。
控制器20包括相角检测电路21、第二比较器22、置位信号产生电路23、复位信号产生电路24以及逻辑电路25。
具体地，相角检测电路21包括第一比较器211、开关电路212以及平均电路213。
优选地，第一比较器211的同相输入端接收电压采样信号VS，反相输入端接收基准信号Vref1，在本实施例中，基准信号Vref1为地电平，其输出端输出第一比较信号V1。为了便于比较，在本实施例中，将第一比较信号V1进行平均处理，得到较为稳定的控制电压信号VCF，控制电压信号VCF即可用来表征可控硅调光器TRIAC的导通相角PH。
开关电路212，由第一开关K1和第二开关K2串联连接构成。其中，第一开关K1的一端连接至一直流电压VCC，另一端连接至第二开关K2，且第二开关K2的另一端连接至地。
优选地，开关电路212由第一比较信号V1控制，其中，第一开关K1直接受第一比较信号V1的控制导通或关断，第二开关K2的导通或关断受第一比较信号V1的反向信号控制，所以，在电路中，将第一比较信号V1通过一非门B1连接至第二开关K2的控制端。当第一比较信号V1为高电平时，第一开关K1导通，此时，直流电压VCC对平均电路213进行充电；当第一比较信号V1为低电平时，第二开关K2导通，平均电路213对地进行放电。
优选地，平均电路213，连接至第一开关K1和第二开关K2的公共节点，用以生成较为稳定的控制电压信号VCF。具体地，平均电路213由电阻R2和电容C1构成，并在电阻R2和电容C1的公共节点处，生成控制电压信号VCF。
由此，可以利用开关电路212和平均电路213，将脉冲形式的第一比较信号V1转化成较为稳定的控制电压信号VCF，当第一比较信号V1为高电平时，直流电压对平均电路213进行充电使得控制电压信号VCF逐渐升高；当第一比较信号V1为低电平时，平均电路213对地进行放电使得控制电压信号VCF逐渐降低。从而将第一比较信号V1积分得到稳定的控制电压信号VCF。应理解，本实施例中采用一开关电路和一平均电路对第一比较信号V1进行积分，得到较为稳定的控制电压信号VCF，控制电压信号VCF即可用来表征可控硅调光器TRIAC的导通相角PH。在其他实施例中，也可以采用其他可以实现积分功能的电路来实现，并不限于此。
第二比较器22，用以将控制电压信号VCF和表征所述相角阈值的参考信号Vref2进行比较，输出第二比较信号V2。在本实施例中，第二比较器22的同相输入端接收参考信号Vref2，反相输入端接收控制电压信号VCF，因此随着可控硅调光器TRIAC的导通相角PH逐渐减小，在一个周期中，采样信号VS大于基准信号Vref1的时间也随之减小，从而获得的控制电压信号VCF也逐渐减小，当控制电压信号VCF小于设定的参考信号Vref2时，此时第二比较器22输出的第二比较信号V2为高电平，表征此时可控硅调光器TRIAC的导通相角PH小于所述相角阈值。
置位信号产生电路23，包括第三比较器A3、单触发电路oneshot、第四比较器A4以及与门AND。
其中，第三比较器A3，用以将表征直流母线电压VBUS的电压采样信号VBUS1和第一电压阈值Vth1进行比较，在本实施例中，第三比较器A3的同相输入端接收电压采样信号VBUS1，反相输入端接收第一电压阈值Vth1，输出端输出第三比较信号V3。
单触发电路oneshot，用以接收第三比较信号V3，并根据第三比较信号V3，生成单触发信号Voneshot。具体地，单触发电路oneshot在所述第三比较信号V3的上升沿或下降沿时刻，将第三比较信号V3置为预定时间的高电平，例如，100ns。
第四比较器A4，用以将表征直流母线电压VBUS的电压采样信号VBUS1和第二电压阈值Vth2进行比较，在本实施例中，第四比较器A4的同相输入端接收电压采样信号VBUS1，反相输入端接收第二电压阈值Vth2，输出端输出第四比较信号V4。
与门AND，同时接收单触发信号Voneshot、第四比较信号V4以及第二比较信号V2，输出置位信号V6。且在单触发信号Voneshot、第四比较信号V4以及第二比较信号V2同时为高电平时，输出高电平的置位信号V6。
在本申请中，需要可控硅调光器TRIAC开启后，且可控硅调光器TRIAC的导通相角PH小于一定相角阈值时，导通泄放电路30以产生泄放电流，泄放电流即可用于加长可控硅调光器TRIAC的导通时间，从而避免可控硅调光器TRIAC调到较小角度时，系统出现波形不对称，造成光源闪烁的现象出现，以此达到改善系统兼容性的目的。
当电压采样信号VBUS1大于第一电压阈值Vth1时，第三比较器A3输出的第三比较信号V3为高电平信号，此时单触发电路oneshot输出的单触发信号Voneshot被置为100ns的高电平，随后，当电压采样信号VBUS1大于第二电压阈值Vth2时，第四比较器A4输出的第四比较信号V4为高电平信号，此时，若单触发信号Voneshot、第四比较信号V4以及第二比较信号V2均为高电平，则与门AND输出高电平的置位信号V6。需要说明的是，将第三比较信号V3通过单触发电路oneshot置高一小段时间，然后与第四比较器A4输出的第四比较信号V4进行逻辑与来生成置位信号，是为了检测可控硅调光器TRIAC的导通。
复位信号产生电路24，由第五比较器A5构成，用以将直流母线电压VBUS的电压采样信号VBUS1和第一电压阈值Vth1进行比较，输出复位信号V5。在本实施例中，第五比较器A5的反相输入端接收电压采样信号VBUS1，同相输入端接收第一电压阈值Vth1，输出端输出复位信号V5。当电压采样信号VBUS1下降到小于第一电压阈值Vth1时，第五比较器A5输出的第五比较信号V5为高电平信号。
逻辑电路25，由一SR触发器构成，用以根据置位信号V6和复位信号V5，生成泄放电路30的控制信号VQ1。SR触发器的置位端接收置位信号V6，复位端接收复位信号V5，输出端输出控制信号VQ1。
图3是本发明实施例的LED驱动电路的工作波形图。依据本发明，即可在可控硅调光器TRIAC开启，且可控硅调光器TRIAC的导通相角PH小于一定相角阈值时，使得泄放电路30的控制信号VQ1为高电平，并使第一晶体管Q1导通，开启泄放电流；在直流母线电压VBUS下降到较小值时，关断第一晶体管Q1，从而关断泄放电流。
图4是本发明另一实施例的控制器的电路图。与图2中所示的控制器的电路的不同之处在于，通过采样直流母线电压VBUS，获得电压采样信号VBUS1，并将电压采样信号VBUS1作为采样信号VS，可以理解的是，采样的参量变了，相应地，与之进行比较的基准信号Vref1也将随之变化，这里，选取LED负载的驱动电压VLED作为基准信号Vref1。进一步地，用以与控制电压信号VCF进行比较的，来表征所述相角阈值的参考信号Vref2也需要相应地改变，这里，选取一新的电压值Vref3，作为参考信号Vref2。电路中的其他结构和参量并未发生改变，在此也不再赘述。
本申请在可控硅调光器TRIAC开启后，且当可控硅调光器TRIAC的导通相角PH小于一定相角阈值时，导通泄放电路30以产生泄放电流，泄放电流即可用于加长可控硅调光器TRIAC的导通时间，从而避免可控硅调光器TRIAC调到较小角度时，系统出现波形不对称，造成光源闪烁的现象出现，以此达到改善系统兼容性的目的。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种电路模块，应用于具有可控硅调光器的LED驱动电路，所述电路模块包括：
泄放电路，被配置为与LED驱动电路的直流母线连接，并受控泄放母线电流；
控制器，被配置为在所述可控硅调光器的导通相角小于一定相角阈值时，导通所述泄放电路。
2.根据权利要求1所述的电路模块，其特征在于，在所述可控硅调光器的导通相角小于一定相角阈值，且所述可控硅调光器开启后，导通所述泄放电路。
3.根据权利要求1所述的电路模块，其特征在于，通过采样流过LED负载的驱动电流或者采样直流母线电压，获得采样信号，根据所述采样信号来识别所述可控硅调光器的导通相角。
4.根据权利要求3所述的电路模块，其特征在于，将所述采样信号与基准信号进行比较，并获得表征所述采样信号连续大于基准信号的持续时间的控制电压信号，所述控制电压信号用以表征所述可控硅调光器的导通相角。
5.根据权利要求1所述的电路模块，其特征在于，所述控制器包括一相角检测电路，用以获得所述控制电压信号，所述相角检测电路包括：
第一比较器，其同相输入端接收所述采样信号，反相输入端接收所述基准信号，输出端输出第一比较信号；
开关电路，所述开关电路由第一开关和第二开关串联连接构成，所述第一开关的一端连接至一直流电压，另一端连接至所述第二开关，所述第二开关的另一端连接至地；
平均电路，连接至所述第一开关和所述第二开关的公共节点，用以生成所述控制电压信号。
6.根据权利要求5所述的电路模块，其特征在于，所述开关电路由所述第一比较信号控制，
当所述第一比较信号为高电平时，所述第一开关导通，所述直流电压对所述平均电路进行充电；
当所述第一比较信号为低电平时，所述第二开关导通，所述平均电路对地进行放电。
7.根据权利要求5所述的电路模块，其特征在于，所述平均电路由一电阻和一电容构成，在所述电阻和所述电容的公共节点处，生成所述控制电压信号。
8.根据权利要求1所述的电路模块，其特征在于，所述控制器还包括一第二比较器，用以将所述控制电压信号和表征所述相角阈值的参考信号进行比较，输出第二比较信号。
9.根据权利要求2所述的电路模块，其特征在于，所述控制器还包括一置位信号产生电路，包括：
第三比较器，用以将所述直流母线电压的采样信号和第一电压阈值进行比较，输出第三比较信号；
单触发电路，用以根据所述第三比较信号，生成单触发信号；
第四比较器，用以将所述直流母线电压的采样信号和第二电压阈值进行比较，输出第四比较信号；
与门，用以根据所述单触发信号、第四比较信号以及所述第二比较信号，生成置位信号。
10.根据权利要求1所述的电路模块，其特征在于，所述控制器还包括一复位信号产生电路，包括：
第五比较器，用以将所述直流母线电压的采样信号和第一电压阈值进行比较，输出复位信号。
11.根据权利要求1所述的电路模块，其特征在于，所述控制器还包括一逻辑电路，用以根据所述置位信号和所述复位信号，生成所述泄放电路的控制信号。
12.一种具有可控硅调光器的LED驱动电路，包括：
可控硅调光器，连接到交流输入电源；
整流电路，与所述可控硅调光器连接，向直流母线输出直流母线电压；以及
如权利要求1-10任一项所述的电路模块。
13.一种控制方法，用于控制具有可控硅调光器的LED驱动电路，所述方法包括：
在所述可控硅调光器的导通相角小于一定相角阈值时，导通泄放电路；
所述泄放电路被配置为与LED驱动电路的直流母线连接，并受控泄放母线电流。
14.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，在所述可控硅调光器的导通相角小于一定相角阈值，且所述可控硅调光器开启后，导通所述泄放电路。
15.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，通过采样流过LED负载的驱动电流或者采样直流母线电压，获得采样信号，根据所述采样信号来识别所述可控硅调光器的导通相角。
16.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，将所述采样信号与基准信号进行比较，并获得表征所述采样信号连续大于基准信号的持续时间的控制电压信号，所述控制电压信号用以表征所述可控硅调光器的导通相角。
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