CN109922564B - 用于triac驱动的电压转换系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了用于TRIAC驱动的电压转换系统和方法。该电压转换系统包括：相位信息检测器，该相位信息检测器接收交流电压，并且基于该交流电压来检测数字相位信息；以及直流电压生成器，该直流电压生成器从相位信息检测器接收数字相位信息，并且基于数字相位信息和预定调光曲线模型来生成直流电压。本公开提供的用于TRIAC驱动的电压转换系统和方法通过基于相位信息和预定的调光曲线模型来将交流电压转换为直流电压，从而不仅能够减小集成电路芯片的尺寸、降低芯片成本，而且还能够基于灵活的调光曲线模型实现灵活的LED驱动。
Description
技术领域
本发明总体涉及电路领域，更具体地，涉及一种用于TRIAC驱动的电压转换系统和方法。
背景技术
传统的基于TRIAC(三端双向交流开关)调光的驱动系统通过电阻和电容构成的RC电路来将交流电转换为直流电从而控制LED驱动器。
图1示出了传统TRIAC驱动系统100的示意图。如图1所示，基于TRIAC调光的驱动系统100包括如下部分：全波整流桥，其由四个二极管D1-D4组成，用于将市政交流电Vline进行全波整流；分压电路，其由电阻R1和R2组成，用于将经整流的交流电压进行分压以得到电压Vs；RC滤波电路，其由电阻R3和电容C组成，用于将经分压的交流电压Vs转换成直流电压VREF；以及LED驱动器，其接收直流电压VREF来控制LED负载的电流。
在这种基于RC滤波电路的TRIAC驱动系统中，需要足够大的RC时间常数才能将工频纹波滤平。由于RC时间常数的大小与电容值成正相关，而电容值与电容本身的大小成正相关，因此，通常需要体积较大的电容来实现较大的RC时间常数。电容的体积越大，则越难集成到芯片中，即使采用电容等效技术把RC滤波电路放入集成电路芯片内部，所需的电容也会占据相当一部分的芯片面积。
因此，基于TRIAC调光的驱动系统中需要改进的电压转换方式。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种用于TRIAC驱动的电压转换系统，该电压转换系统包括：相位信息检测器，该相位信息检测器接收交流电压，并且基于该交流电压来检测数字相位信息；以及直流电压生成器，该直流电压生成器从相位信息检测器接收数字相位信息，并且基于数字相位信息和预定调光曲线模型来生成直流电压。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于TRIAC驱动的电压转换方法，该电压转换方法包括：接收交流电压；基于该交流电压来检测数字相位信息；以及基于数字相位信息和预定调光曲线模型来生成直流电压。
本发明实施例所提供的用于TRIAC驱动的电压转换系统和方法通过基于相位信息和预定的调光曲线模型来将交流电压转换为直流电压，从而不仅能够减小集成电路芯片的尺寸、降低芯片成本，而且还能够基于灵活的调光曲线模型实现灵活的LED驱动。
附图说明
结合以下附图，根据本发明的实施例的描述可以更好地理解本发明，其中：
图1示出了传统TRIAC驱动系统的示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的TRIAC驱动系统的框图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的调光曲线模型的示意图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的直流电压生成器的框图。
图5示出了根据本发明的另一实施例的直流电压生成器的框图。
图6示出了根据本发明的一个实施例的用于TRIAC驱动的电压转换方法的流程图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明各个方面的特征和示例性实施例。下面的描述涵盖了许多具体细节，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显而易见的是，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更清楚的理解。本发明绝不限于下面所提出的任何具体配置，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了相关元素或部件的任何修改、替换和改进。
图2示出了根据本发明的一个实施例的TRIAC驱动系统200的框图。如图2所示，TRIAC驱动系统200包括整流电路210、分压电路220、相位信息检测器230、直流电压生成器240以及LED驱动器250。整流电路210、分压电路220以及LED驱动器250的组成和作用与图1中所示的相应电路部分相同。具体地，整流电路210由四个二极管D1-D4组成，用于将市政交流电Vline进行全波整流；分压电路220由电阻R1和R2组成，用于将经整流的交流电压进行分压以得到电压Vs；LED驱动器使用所接收的直流电压VREF来控制LED负载的电流。
相比于传统的TRIAC驱动电路，图2中所示的TRIAC驱动系统200并不是通过RC滤波电路来进行交流直流转换，而是通过相位信息检测器230和直流电压生成器240来实现交流直流转换。换言之，相位信息检测器230和直流电压生成器240组成了TRIAC驱动系统200的电压转换子系统。
相位信息检测器230可以接收经分压的交流电压Vs，并且基于该交流电压Vs来检测数字相位信息。例如，在一个实施例中，相位信息检测器230可以包括计数器。计数器可以在检测到Vs变为高电平时开始计数，在检测到Vs变为低电平时结束计数。Vs是高电平期间计数器所计个数与计数器的计数周期(即，该计数器的计数间隔)的乘积可以表示Vs处于高电平的时长。可以根据具体应用需求来设计计数器的计数周期，本公开在该方面不进行限制。
在上述实施例中使用了计数器来检测Vs处于高电平期间计数器所计的个数，从而能够计算Vs处于高电平的时长。但相位信息检测器230的具体实现方式不限于计数器，例如，在另一实施例中，可以使用能够检测到Vs处于高电平的时长的任何电路形式来实现相位信息检测器230，本公开对此不进行限制。
数字相位信息可以包括相位角或者与相位角相对应的时间信息。在一个实施例中，数字相位信息可以是所计个数。例如，可以使用一个二进制序列来表示Vs是高电平期间计数器所计个数。可以根据精度与效率方面的权衡来设计二进制序列的位数，本公开在该方面不进行限制。在另一实施例中，数字相位信息可以是所计个数与计数器的计数周期的乘积，即，Vs处于高电平的时长。上述两种实施例中涉及所计个数以及Vs处于高电平的时长，两者均使用时间信息作为数字相位信息。也就是说，在数字相位信息包括与相位角相对应的时间信息的实施例中，该时间信息可以是所计个数，或者可以是Vs处于高电平的时长。
在又一实施例中，数字相位信息是与Vs处于高电平的时长相对应的相位角。例如，相位信息检测器230基于交流电信号Vs的周期CA、计数器的计数周期CC(或者其他计时电路的计时周期)以及计数器所计个数N来得到相位角A以作为数字相位信息。例如，可以根据如下公式来计算相位角。
上述公式仅仅是示例性的，本申请在该方面并不限于上述公式中的计算方法，其他计算相位角的方法也是可能的。
在上述描述中，不论数字相位信息包括Vs是高电平期间计数器所计个数，或是包括Vs处于高电平的时长，或是包括Vs处于高电平的时长相对应的相位角，其都与Vs处于高电平相关。但这仅仅是示例，在其他实施例中，数字相位信息可以与Vs处于低电平相关，因此，本公开在该方面并不限制。数字相位信息是与Vs处于高电平相关还是与Vs处于低电平相关，这与下文将描述的预定调光曲线模型有关。为了简单起见，本文主要针对数字相位信息与Vs处于高电平相关以及相应的预定调光曲线模型进行描述。
相位信息检测器230可以将数字相位信息提供给直流电压生成器240，直流电压生成器240可以基于该数字相位信息和预定调光曲线模型来生成直流电压以提供给LED驱动器250。
在一些实施例中，预定调光曲线模型反映了相位角与电流的对应关系。也就是说，直流电压生成器240最终是根据相位角来确定相应的电流，由此来驱动LED驱动器。因此，在相位信息检测器230提供给直流电压生成器240的数字相位信息包括Vs是高电平期间计数器所计个数或所计个数与计数器的计数周期的乘积(即，Vs处于高电平的时长)的实施例中，直流电压生成器240首先需要根据上述公式来计算相位角，然后再基于所计算的相位角来获得相应电流；在相位信息检测器230提供给直流电压生成器240的数字相位信息包括Vs是相位角的实施例中，直流电压生成器240可以直接基于该相位角来获得相应电流。
图3示出了根据本发明的一个实施例的调光曲线模型的示意图。在图3中，横轴表示相位角，其范围从0度至180度；纵轴表示相对电流百分比，其范围从0％至100％，其中，若LED负载处于完全发亮状态，则其相对电流百分比为100％，若LED负载处于完全熄灭状态，则其相对电流百分比为0％。
图3中示出的曲线300即为用于本公开的针对LED负载的预定调光曲线模型。曲线300是根据TRIAC调光器的兼容性以及人眼对于LED灯光变化的适应性经预先测试获得的。
从图3的曲线300可以看出，在相位角为0至a时，相应的相对电流百分比为0；在相位角为a至b时，曲线300以某一斜率线性上升，并且当相位角为b时，相对电流百分比为m％；在相位角为b至c时，曲线300以另一斜率线性上升，并且当相位角为c时，相对电流百分比为n％；在相位角为c至180时，曲线300保持不变，即，相对电流百分比为n％。其中，a、b、c为0至180之间的正数，m和n为0至100之间的正数。
在一个示例调光曲线模型中，在相位角为0度至40度时，相应的相对电流百分比为0；在相位角为40度至80度时，曲线300第一斜率线性上升；在相位角为80度至120度时，曲线300以第二斜率线性上升；在相位角为120度至180度时，曲线300保持不变，即，保持相对电流百分比为100％。
图3中示出的曲线300仅仅是预定调光曲线模型的一种示例，在其他实施例中，还可以使用其他曲线。曲线的转折点、曲线斜率等并不限于图3的示例，本公开在该方面不进行限制。另外，在数字相位信息与Vs处于低电平相关的实施例中，调光曲线模型的曲线走向可以与图3中示出曲线300的走向不同。
在其他一些实施例中，预定调光曲线模型也可以定义相位角与提供给LED负载的电压的对应关系。由于电流和电压存在对应的关系，因此，这些实施例的原理与上述描述类似，在此不再赘述。
上述直流电压生成器(例如，图2中的直流电压生成器240)可以基于数字相位信息将交流电信号转换为直流电信号。图4示出了根据本发明的一个实施例的直流电压生成器400的框图。图5示出了根据本发明的另一实施例的直流电压生成器500的框图。
如图4所示，直流电压生成器400包括数模转换器(DAC)410和模拟电压处理器420。
在一个实施例中，数模转换器410可以将数字相位信息(例如，来自图2中的相位信息检测器230的数字相位信息)转换成模拟相位信息并且提供给模拟电压处理器420，然后模拟电压处理器420可以基于模拟相位信息和预定调光曲线模型来生成直流电压VREF以提供给LED驱动器。
如图5所示，直流电压生成器500包括：数字相位处理器510和数模转换器(DAC)520。
在一个实施例中，数字相位处理器510可以基于数字相位信息和预定调光曲线模型来生成数字电压并且提供给数模转换器520，然后数模转换器520可以将数字电压转换为直流电压VREF以提供给LED驱动器。
由图4和图5可知，在将交流电信号转换为直流电信号的过程中，直流电压生成器需要进行数模转换以及基于预定调光曲线模型进行电流(和/或相应电压VREF)确定，但这两个操作的前后顺序可以互换。例如，图4中是先通过数模转换将数字相位信息转换为模拟相位信息，然后在模拟域，基于该模拟相位信息和预定调光曲线模型获得直流电压VREF；而图5中是先基于数字相位信息和预定调光曲线模型获得数字电压，然后通过数模转换将数字电压转换为模拟的直流电压VREF。
图6示出了根据本发明的一个实施例的用于TRIAC驱动的电压转换方法600的流程图。
在步骤610中，接收交流电压。
在步骤620中，基于该交流电压来检测数字相位信息。
在步骤630中，基于数字相位信息和预定调光曲线模型来生成直流电压。
上述电压转换方法600可以由本公开的用于TRIAC驱动的电压转换系统(例如，包括图2中的相位信息检测器230和直流电压生成器240)来实现。
在一些实施例中，步骤630可以包括：通过数模转换将数字相位信息转换成模拟相位信息；以及基于模拟相位信息和预定调光曲线模型来生成直流电压。这些操作可以由图4中的直流电压生成器400(包括数模转换器410和模拟电压处理器420)来实现。
在其他一些实施例中，步骤630可以包括：基于数字相位信息和预定调光曲线模型来生成数字电压；以及通过数模转换将数字电压转换为直流电压。这些操作可以由图5中的直流电压生成器500(包括数字相位处理器510和数模转换器520)来实现。
在一些实施例中，预定调光曲线模型可以定义相位角与电流的对应关系。在其他实施例中，预定调光曲线模型也可以定义相位角与提供给LED负载的电压的对应关系，这与上文描述一致，在此不再赘述。
在一些实施例中，数字相位信息包括相位角或者与相位角相对应的时间信息。其中，时间信息可以包括计时电路(例如，计数器)所计个数，也可以包括所计时长。同样，这与上文描述一致，在此不再赘述。
本公开提供的电压转换系统和方法基于相位信息和预定的调光曲线模型来将交流电压转换为直流电压，不需要通过大电容来产生直流电信号，从而减小了集成电路芯片的尺寸，降低了成本。
此外，本公开中的调光曲线模型是预先设定的，因此，可以根据使用情景的需要来对调光曲线模型进行适应性的修改，从而能够更灵活地进行LED驱动。例如，不同的LED负载对于TRIAC调光器的兼容性和/或人眼对不同LED灯光变化的敏感度可能不同，因此，所对应的调光曲线模型可能也不相同。基于本公开描述的用于TRIAC驱动的电路转换系统和方法，在需要对不同的LED负载的调光曲线模型进行调整时，上述硬件电路可以保持不变，仅将相应的调光曲线模型进行修改，便能应用于不同需求的LED负载。由此，实现了对LED负载的灵活驱动。
上文中提到了“一个实施例”、“另一实施例”、“又一实施例”，然而应理解，在各个实施例中提及的特征并不一定只能应用于该实施例，而是可能用于其他实施例。一个实施例中的特征可以应用于另一实施例，或者可以被包括在另一实施例中。
应理解，上文中提到的器件和电路的数字下标也是为了叙述和引用的方便，并不存在次序上的先后关系。
以上参考本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。
Claims (8)
1.一种用于TRIAC驱动的电压转换系统，其特征在于，所述电压转换系统包括：
相位信息检测器，该相位信息检测器接收交流电压，并且基于该交流电压来检测数字相位信息；
直流电压生成器，该直流电压生成器从所述相位信息检测器接收所述数字相位信息，并且基于所述数字相位信息和预定调光曲线模型来生成直流电压；以及
驱动器，被配置为接收所述直流电压并且基于所述直流电压生成流过LED负载的电流；
其中：
所述数字相位信息包括相位角的变化；
所述电流的相对大小以百分比表示，当所述LED负载处于完全发亮状态时，所述电流的相对大小为100％，并且当所述LED负载处于完全熄灭状态时，所述电流的相对大小为零；
在所述相位角为0至a时，所述电流的相对大小为零；
在所述相位角为a至b时，所述电流的相对大小以第一斜率线性上升，并且当所述相位角为b时，所述电流的相对大小为m％；
在所述相位角为b至c时，所述电流的相对大小以第二斜率线性上升，并且当所述相位角为c时，所述电流的相对大小为n％；
在所述相位角为c至180时，所述电流的相对大小为n％；
其中，a、b、c为0至180之间的正数，m和n为0至100之间的正数；并且
所述第一斜率与所述第二斜率是不同的。
2.根据权利要求1所述的电压转换系统，其中，所述直流电压生成器包括：
数模转换器，该数模转换器将所述数字相位信息转换成模拟相位信息；和
模拟电压处理器，该模拟电压处理器基于所述模拟相位信息和所述预定调光曲线模型来生成所述直流电压。
3.根据权利要求1所述的电压转换系统，其中，所述直流电压生成器包括：
数字相位处理器，该数字相位处理器基于所述数字相位信息和所述预定调光曲线模型来生成数字电压；和
数模转换器，该数模转换器将所述数字电压转换为所述直流电压。
4.根据权利要求1所述的电压转换系统，其中，所述数字相位信息包括与所述相位角相对应的时间信息。
5.一种用于TRIAC驱动的电压转换方法，其特征在于，所述电压转换方法包括：
接收交流电压；
基于该交流电压来检测数字相位信息；
基于所述数字相位信息和预定调光曲线模型来生成直流电压；以及
基于所述直流电压生成流过LED负载的电流；
其中：
所述数字相位信息包括相位角的变化；
所述电流的相对大小以百分比表示，当所述LED负载处于完全发亮状态时，所述电流的相对大小为100％，并且当所述LED负载处于完全熄灭状态时，所述电流的相对大小为零；
在所述相位角为0至a时，所述电流的相对大小为零；
在所述相位角为a至b时，所述电流的相对大小以第一斜率线性上升，并且当所述相位角为b时，所述电流的相对大小为m％；
在所述相位角为b至c时，所述电流的相对大小以第二斜率线性上升，并且当所述相位角为c时，所述电流的相对大小为n％；
在所述相位角为c至180时，所述电流的相对大小为n％；
其中，a、b、c为0至180之间的正数，m和n为0至100之间的正数；并且
所述第一斜率与所述第二斜率是不同的。
6.根据权利要求5所述的电压转换方法，其中，基于所述数字相位信息和预定调光曲线模型来生成直流电压包括：
通过数模转换将所述数字相位信息转换成模拟相位信息；以及
基于所述模拟相位信息和所述预定调光曲线模型来生成所述直流电压。
7.根据权利要求5所述的电压转换方法，其中，基于所述数字相位信息和预定调光曲线模型来生成直流电压包括：
基于所述数字相位信息和所述预定调光曲线模型来生成数字电压；以及
通过数模转换将所述数字电压转换为所述直流电压。
8.根据权利要求5所述的电压转换方法，其中，所述数字相位信息包括与所述相位角相对应的时间信息。
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