CN109757005A - 可随调光信号改变响应的回授电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可随调光信号改变响应的回授电路，涉及一种电子电路领域。现有技术中提供的LED照明系统通常包括LED驱动器、回授补偿电路与调光电路等电子电路，但调光电路的加入同时增加回授补偿电路在LED驱动器的负载动态改变时保持其回授响应稳定度的复杂度与困难度。本发明提出一种可随调光信号改变响应的回授电路，当LED驱动器与调光器同时运作时，回授电路的带宽调节单元会根据调光器所输出的调光信号对应地产生一电性阻抗，以通过该电性阻抗调整误差放大单元所输出的回授信号；并且，经过电性阻抗调整过后的回授信号通过光耦合器传送至脉冲宽度调制PWM控制器，以令PWM控制器对应地输出一控制信号至该LED驱动器，通过此方式调节LED驱动器的带宽。

Description

可随调光信号改变响应的回授电路

技术领域

本发明涉及一种电子电路领域，特别是涉及一种可随调光信号改变响应的回授电路。

背景技术

发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)为众多发光组件的一种，因具有体积小、使用寿命长等优点，故而被广泛地应用于人类的日常生活之中。在设计LED照明灯具或系统时，必须考虑作为负载的LED组件的连接方式并同时选用适合的LED驱动器，才能够保证LED照明灯具或系统的稳定工作。

多个LED组件发光的连接方式包括：串联式(serial type)、并联式(paralleltype)、以及串并联混合式(serial-parallel hybrid type)。图1示出了现有技术中提供的一种显示串并联混合式的LED组件组的架构图，其中，串并联混合式的LED组件组2’作为一LED驱动器1’的负载；并且，当LED驱动器1’对所述串并联混合式的LED组件组2’采取稳压驱动时，每一串LED组件组2’所分配的电压相同，因此通过同一串上的每颗LED组件的电流也基本相同。另一方面，图1架构中的回授补偿电路3’电性连接至该LED驱动器1’的输出端，用以监控并稳定LED驱动器1’的输出电压。

值得注意的是，除了高亮度、节能等要求外，使用者更加关心LED照明灯具是否具备可调光的功能；有鉴于此，LED驱动器的制造商于是将调光电路4’与调光开关41’增设至如图1所示的LED驱动器1’的电路架构中。然而，对于LED驱动器的制造商而言，调光电路4’的加入也同时增加回授补偿电路3’在负载动态改变时回授响应维持上的复杂度与困难度。简单地说，回授补偿电路3’的动态响应有可能跟不上负载的动态变化。

发明人通过实验发现，在调光电路4’输出占空比为50％的调光信号至调光开关41’之后，串并联混合式的LED组件组2’的驱动电流的改变即对应地产生负载变化于LED驱动器1’的输出端。同时，通过图2所显示的现有技术中提供的一种LED驱动器1’的动态响应波德图，可以发现的是，经过回授补偿电路3’对LED驱动器1’的输出电压进行动态补偿控制以后，LED驱动器1’的动态响应的带宽(Bandwidth,BW)为1.2KHz。LED驱动器1’的增益(Gain)在频率为1.47KHz处为-3dB，使得LED驱动器1’发出人耳听觉范围内可感受的音频噪音。

然而，目前并没有针对噪音的问题提供任何解决方案，因为LED驱动器1’的使用环境可能存在更多噪音；另一方面，肇因于LED驱动器1’所搭载的散热风扇产生的噪音大于所述音频噪音，导致音频噪音多被使用者忽略。值得注意的是，目前LED驱动器1’的应用范围越来越广，因此，LED驱动器1’也可能被应用在一个安静的环境之中。此外，瓦数不高的LED驱动器也不需要风扇。基于上述理由，LED驱动器1’所产生的音频噪音会开始被注意。

发明内容

本发明提出一种可随调光信号改变响应的回授电路。特别地，将本发明的回授电路应用至一LED驱动器之中，该LED驱动器能够在接收调光时，同时维持其回授响应的稳定度，通过此方式解决音频噪音问题。本发明提供的回授电路由一误差放大单元、一带宽调节单元与一光耦合器所组成。当LED驱动器与调光器同时运作时，带宽调节单元会根据调光器所输出的调光信号而对应地产生一电性阻抗，以通过该电性阻抗调整该误差放大单元所输出的回授信号；并且，经过该电性阻抗调整过后的该回授信号通过该光耦合器传送至脉冲宽度调制PWM控制器，以令该脉冲宽度调制PWM控制器对应地输出一控制信号至该LED驱动器，通过此方式调节LED驱动器的动态响应的带宽。

承上述，根据调光器的调光信号与LED驱动器的输出电压的变化，本发明提供的回授电路能够适应性地调整LED驱动器的响应，特别是通过调整系统带宽、增益裕度(Gainmargin)、与相位裕度(Phase margin)的方式，达到调降LED驱动器所发出的人耳听觉范围内可感受的音频噪音的目标效果。

为了达成上述本发明的主要目的，本发明提供所述可随调光信号改变响应的回授电路，其应用于一LED照明系统之中，其中该LED照明系统至少包括：一LED驱动器、一LED组件组、一调光器、一调光开关、与一脉冲宽度调制PWM控制器；并且，可随调光信号改变响应的回授电路包括：

一误差放大单元，通过至少一信号检出单元电性连接至该LED驱动器的输出端，用以根据该LED驱动器的一输出信号对应地输出一回授信号；以及

一带宽调节单元，电性连接该误差放大单元与该调光器；以及

一光耦合器，电性连接该带宽调节单元

其中，该带宽调节单元根据该调光器所输出的一调光信号对应地产生一电性阻抗，以该电性阻抗调整该回授信号；并且，经过该电性阻抗调整过后的该回授信号传送至该脉冲宽度调制PWM控制器，该脉冲宽度调制PWM控制器对应地调节该LED驱动器的带宽。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1示出了现有技术中提供的一种显示串并联混合式的LED组件组的架构图；

图2示出了现有技术中提供的一种LED驱动器的动态响应波德图；

图3示出了本发明实施例提供的一种可随调光信号改变响应的回授电路的第一实施例的电路方块图；

图4示出了本发明实施例提供的一种回授电路的第一实施例的电路架构图；

图5示出了本发明实施例提供的一种LED驱动器的动态响应波德图；

图6示出了本发明实施例提供的一种可随调光信号改变响应的回授电路的第二实施例的电路架构图；

图7示出了电位模块的内部架构图；

图8示出了本发明实施例提供的一种可随调光信号改变响应的回授电路的第三实施例的电路方块图；

图9示出了本发明实施例提供的一种可随调光信号改变响应的回授电路的第三实施例的电路架构图；以及

图10示出了本发明实施例提供的一种可随调光信号改变响应的回授电路的第四实施例的电路架构图。

符号说明：

1回授电路 2LED驱动器

3LED组件组 4调光器

41调光开关 21脉冲宽度调制PWM控制器

11误差放大单元 12带宽调节单元

13光耦合器 10信号检出单元

VREF参考信号 R6第一分压电阻

R8第二分压电阻 R2输出电阻

R1输入电阻 C1输入滤波电容

OP1电压随耦器 R7基极电阻

Q1双极性接面型晶体管 ZD齐纳二极管

R3射极电阻 BW动态响应的带宽

121微控制器 122电位模块

SW1MOS晶体管 SW2MOS晶体管

SWNMOS晶体管 Rvr1电位调整电阻

Rvr2电位调整电阻 RvrN-1电位调整电阻

14缓冲单元 15隔离单元

2’LED组件组 1’LED驱动器

3’回授补偿电路 4’光电路

41’调光开关

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

为了能够更清楚地描述本发明所提出的一种可随调光信号改变响应的回授电路，以下将配合图式，详尽说明本发明的较佳实施例。

第一实施例

请参阅图3，图3示出了本发明实施例提供的一种可随调光信号改变响应的回授电路的第一实施例的电路方块图。如图3所示，本发明实施例提供的可随调光信号改变响应的回授电路1(下简称“回授电路1”)应用于一LED照明系统之中，其中该LED照明系统至少包括：一LED驱动器2、一LED组件组3、一调光器4、一调光开关41、与一脉冲宽度调制PWM控制器21。请再同时参阅图4，图4示出了本发明实施例提供的一种可随调光信号改变响应的回授电路的第一实施例的电路架构图。如图3与图4所示，此回授电路1主要包括：一误差放大单元11、一带宽调节单元12以及一光耦合器13；其中，误差放大单元11通过至少一信号检出单元10电性连接至该LED驱动器2的输出端，用以根据该LED驱动器2的一输出信号以及一参考信号VREF而对应地输出一回授信号。值得说明的是，输出给LED组件组3能量中包含了输出信号，例如：输出电压；并且，误差放大单元11通过信号检出单元10取得输出信号，再转换成回授信号。于本发明实施例中，信号检出单元10为由第一分压电阻R6与第二分压电阻R8所组成，且该误差放大单元11为一电压误差放大器；并且，所述电压误差放大器的输出端连接有一输出电阻R2。

必须特别说明的是，虽然图3所示的LED组件组3为一串并联混合式的LED模块，但并非以此限制LED组件组3的实施态样。于实务的应用中，所述LED组件组3也可以是一并串联混合式的LED模块。另外，此回授电路1还包括连接于该带宽调节单元12与该调光器4之间的一缓冲单元14；并且，该缓冲单元14包括一输入电阻R1、一输入滤波电容C1、与一电压随耦器OP1。另一方面，该带宽调节单元12电性连接至该误差放大单元11与该调光器4，并由一基极电阻R7、一双极性接面型晶体管Q1、一齐纳二极管ZD、与一射极电阻R3所组成。如图4所示，基极电阻R7的一端连接至该缓冲单元14。并且，双极性接面型晶体管Q1的基极、射极与集极则是分别电性连接至该基极电阻R7的另一端、该光耦合器13、与该误差放大单元11。必须特别说明的是，齐纳二极管ZD连接于该双极性接面型晶体管Q1的基极与该基极电阻R7之间；并且，射极电阻R3连接于该双极性接面型晶体管Q1的射极与该光耦合器13之间，且误差放大单元11的输出电阻R2连接于该双极性接面型晶体管Q1的集极与射极之间。

由图4的电路设计与规划，当LED驱动器2与调光器4同时运作时，带宽调节单元12会根据调光器4所输出的调光信号对应地产生一电性阻抗，以通过该电性阻抗调整该误差放大单元11所输出的回授信号；并且，经过该电性阻抗调整过后的该回授信号通过该光耦合器13传送至脉冲宽度调制PWM控制器21，以令该脉冲宽度调制PWM控制器21对应地输出一控制信号至该LED驱动器2，通过此方式调节LED驱动器2的带宽。

比较图1与图3之后，图3所示本发明实施例提供的可随调光信号改变响应的回授电路1的电路架构额外具有一带宽调节单元12与一缓冲单元14。请重复参阅图2，并同时参阅图5，图5示出了本发明实施例提供的一种LED驱动器的动态响应波德图。比较图2与图5之后可以发现，经过本发明实施例提供的可随调光信号改变响应的回授电路1对LED驱动器2的输出电压进行控制以后，LED驱动器2的响应的带宽(Bandwidth,BW)自原本的1.2KHz被调降至0.82KHz。并且，值得注意的是，LED驱动器2的增益(Gain)在频率为1.47KHz处为-8dB。明显地，当LED驱动器2与调光器4同时运作时，本发明实施例提供的回授电路1能够根据调光信号与输出电压而适应性地调整LED驱动器2的响应，特别是调降LED驱动器2所发出的人耳听觉范围内可感受的音频噪音。

第二实施例

请继续参阅图6，图6示出了本发明实施例提供的一种回授电路的第二实施例的电路架构图。比较图4与图6可以得知，于第二实施例之中，所述带宽调节单元12包含一微控制器121与一电位模块122，该微控制器121与该电位模块122构成数字电位器(Potentiometer,POT)。如图6所示，该微控制器121连接至该缓冲单元14；并且，该电位模块122电性连接该微控制器121，并与输出电阻R2并联。请再同时参阅图7，显示电位模块的内部架构图。如图7所示，电位模块122包括多个MOS晶体管(SW1,SW2,…,SWN)与多个电位调整电阻(Rvr1,Rvr2,…,RvrN-1)；其中，MOS晶体管的闸极电性连接至该微控制器121，受到微控制器121的控制而做为数字开关使用，且每个MOS晶体管相互并联。另一方面，每个电位调整电阻电性连接于两个MOS晶体管之间。此外，从第7图可以看到，电位模块122有两个输出端，一端连接误差放大单元11的输出端，另一端连接光耦合器13。

第三实施例

请继续参阅图8，图8示出了本发明实施例提供的一种可随调光信号改变动态响应稳定度的回授电路的第三实施例的电路方块图。比较图3与图8可以得知，第三实施例与第一实施例的差异在于带宽调节单元12的配置位置的不同。请再同时参阅图9，图9示出了本发明实施例提供的一种回授电路的第三实施例的电路架构图。于第三实施例之中，光耦合器13直接电性连接该误差放大单元11，且带宽调节单元12电性连接于光耦合器13与脉冲宽度调制PWM控制器21之间。如图9所示，于该带宽调节单元12的电路架构中，双极性接面型晶体管Q1的基极、射极与集极分别电性连接至基极电阻R7、脉冲宽度调制PWM控制器21、与光耦合器13。另一方面，齐纳二极管ZD连接于该双极性接面型晶体管Q1的基极与该基极电阻R7之间，且射极电阻R3连接于该双极性接面型晶体管Q1的射极与该脉冲宽度调制PWM控制器21之间。在光耦合器13以及该带宽调节单元12之间，还具有一电容(未图示)。另外，考虑到一次侧以及二次侧的接地不同，一个隔离单元15可设置在该缓冲单元14以及该调光器4之间。

第四实施例

请再参阅图10，图10示出了本发明实施例提供的一种回授电路的第四实施例的电路架构图。比较图9与图10可以得知，于第二实施例之中，所述带宽调节单元12由一微控制器121与一电位模块122所组成。如图10所示，微控制器121连接至缓冲单元14；并且，该电位模块122电性连接该微控制器121，并同时连接于该光耦合器13与该脉冲宽度调制PWM控制器21之间。图中可以注意到，输出电阻R2的位置在二次侧，而该带宽调节单元12则连接有一电阻R4，这两个电阻对于电路设计者，都可以用来调整回授响应。与第三实施例相同的，第四实施例同样具有隔离单元15，用来隔离一次侧以及二次侧。

上述已完整且清楚地说明本发明所揭示的一种可随调光信号改变响应的回授电路；并且，经由上述，可以得知本发明具有下列的优点：

(1)现有技术中提供的LED照明系统(如图1所示)通常包括LED驱动器1’、回授补偿电路3’与调光电路4’；然而，调光电路4’的加入也同时增加回授补偿电路3’在LED驱动器1’的负载动态改变时保持其回授响应稳定度的复杂度与困难度。有鉴于此，本发明提供一种可随调光信号改变响应的回授电路1，其由一误差放大单元11、一带宽调节单元12与一光耦合器13所组成。当LED驱动器2与调光器4同时运作时，带宽调节单元12会根据调光器4所输出的调光信号而对应地产生一电性阻抗，以通过该电性阻抗调整该误差放大单元11所输出的回授信号；并且，经过该电性阻抗调整过后的该回授信号通过该光耦合器13传送至脉冲宽度调制PWM控制器21，以令该脉冲宽度调制PWM控制器21对应地输出一控制信号至该LED驱动器2，通过此方式调节LED驱动器2的带宽。

(2)根据调光器4的调光信号与LED驱动器2的输出电压的变化，本发明实施例的回授电路1能够适应性地调整LED驱动器2的响应的稳定度，特别是通过调整系统带宽、增益裕度(Gain margin)、与相位裕度(Phase margin)的方式，达到调降LED驱动器2所发出的人耳听觉范围内可感受的音频噪音的目标效果。

必须加以强调的是，上述的详细说明针对本发明技术思想特点与可行实施例的具体说明，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明的内容并据以实施，但该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (10)

1.一种可随调光信号改变响应的回授电路，应用于一LED照明系统之中，其特征在于，该LED照明系统至少包括：一LED驱动器、一LED组件组、一调光器、一调光开关、与一脉冲宽度调制PWM控制器；所述可随调光信号改变响应的回授电路，包括：

一误差放大单元，通过至少一信号检出单元电性连接至该LED驱动器的输出端，用以根据该LED驱动器的一输出信号对应地输出一回授信号；以及

一带宽调节单元，电性连接该误差放大单元与该调光器；

其中，该带宽调节单元根据该调光器所输出的一调光信号对应地产生一电性阻抗，以该电性阻抗调整该回授信号；并且，经过该电性阻抗调整过后的该回授信号传送至该脉冲宽度调制PWM控制器，该脉冲宽度调制PWM控制器对应地调节该LED驱动器的带宽。

2.根据权利要求1所述的可随调光信号改变响应的回授电路，其特征在于，包括：

一缓冲单元，连接于该带宽调节单元与该调光器之间，包括一输入电阻、一输入滤波电容、与一电压随耦器；以及

一光耦合器，电性连接于该带宽调节单元以及该脉冲宽度调制PWM控制器之间。

3.根据权利要求1所述的可随调光信号改变响应的回授电路，其特征在于，该信号检出单元由一第一分压电阻与一第二分压电阻所组成，且该误差放大单元为一电压误差放大器。

4.根据权利要求3所述的可随调光信号改变响应的回授电路，其特征在于，所述电压误差放大器的输出端连接有一输出电阻。

5.根据权利要求2所述的可随调光信号改变响应的回授电路，其特征在于，该带宽调节单元包括：

一基极电阻，其一端连接至该缓冲单元；

一双极性接面型晶体管，其基极、射极与集极分别电性连接至该基极电阻的另一端、该光耦合器、与该误差放大单元；

一齐纳二极管，连接于该双极性接面型晶体管的基极与该基极电阻之间；以及

一射极电阻，连接于该双极性接面型晶体管的射极与该光耦合器之间；

其中，所述输出电阻连接于该双极性接面型晶体管的集极与射极之间。

6.根据权利要求2所述的可随调光信号改变响应的回授电路，其特征在于，该带宽调节单元包括：

一微控制器，连接至该缓冲单元；及

一电位模块，电性连接该微控制器，并与所述输出电阻并联。

7.根据权利要求6所述的可随调光信号改变响应的回授电路，其特征在于，该电位模块包括：

多个晶体管，其中，每个MOS晶体管闸极电性连接至该微控制器，且每个MOS晶体管相互并联；以及

多个电位调整电阻，其中，每个电位调整电阻电性连接于两个MOS晶体管之间。

8.根据权利要求1所述的可随调光信号改变响应的回授电路，其特征在于，包括：

一缓冲单元，连接于该带宽调节单元与该调光器之间，并包括一输入电阻、一输入滤波电容、与一电压随耦器；以及

一光耦合器，电性连接于该带宽调节单元以及该误差放大单元之间。

9.根据权利要求8所述的可随调光信号改变响应的回授电路，其特征在于，该光耦合器以及该带宽调节单元之间包含一电容。

10.根据权利要求8所述的可随调光信号改变响应的回授电路，其特征在于，该缓冲单元以及该调光器之间包含一隔离单元。