CN110446294B - 具自动调光控制的发光二极管照明系统 - Google Patents

具自动调光控制的发光二极管照明系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管照明系统，其包括发光单元和泄放电路。发光单元由一整流交流电压来驱动。泄放电路包括第一至第三电流源、一电流侦测组件以提供有关系统电流的第一回授电压、一电容，以及一控制单元。控制单元用来在系统电流超过默认临界值时开启第一电流源和关闭第二电流源以对电容充电，在系统电流并未超过默认临界值时关闭第一电流源和开启第二电流源以让电容放电，以及根据电容上的第二回授电压来关闭第三电流源以停止供应泄放电流。因此，本发明能提供一种具自动调光控制的发光二极管照明系统。

Description

具自动调光控制的发光二极管照明系统
技术领域
本发明涉及一种发光二极管照明系统，尤其涉及一种具自动调光控制的发光二极管照明系统。
背景技术
可调光发光二极管照明系统通常采用包括三端触发交流(TRIAC)组件的调光开关来调节发光二极管(light emitting diode,LED)照明装置的功率，使其只会在整流交流电压(rectified AC voltage)的特定周期发光。不同于双极性晶体管(bipolar transistor,BJT)和金氧半场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)等开关组件，三端触发交流组件在被触发后(当顺向电流IF超过栓锁电流IL时)会被锁定在导通状态，直到其顺向电流IF小于一最小保持电流IH为止。因此，为了确保三端触发交流组件维持在导通状态，至少需要供应最小保持电流IH至三端触发交流组件。在导通后，发光二极管负载会提供相当大的阻抗，使得输入电流可能不足以将三端触发交流组件锁定在导通状态。当流经三端触发交流组件的电流低于最小保持电流IH时，三端触发交流组件会被重置而过早地关闭。因此，发光二极管发光装置在其发光周期会过早地被关闭，进而造成闪烁(flicker)或完全故障。
因此，可调光发光二极管照明系统通常会使用泄放(bleeder)电路来提供电压管理所需的泄放电流，以及避免调光开关过早地关闭。然而，当发光二极管照明系统不需要调光功能时，不必要地供应泄放电流会增加系统功耗。
发明内容
鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种具自动调光控制的发光二极管照明系统。
为达到上述的目的，本发明公开一种发光二极管照明系统，其包括一发光单元和一泄放电路。所述发光单元由一整流交流电压来驱动。所述泄放电路包括一第一电流源，用来提供一充电电流；一第二电流源，用来提供一放电电流；一第三电流源，用来提供一泄放电流；一电流侦测组件，用来提供有关一系统电流的一第一回授电压；一电容；以及一控制单元。所述控制单元用来当根据所述第一回授电压判断所述系统电流超过一默认临界值时，开启所述第一电流源和关闭所述第二电流源以对所述电容充电，当根据所述第一回授电压判断所述系统电流并未超过所述默认临界值时，关闭所述第一电流源和开启所述第二电流源以让所述电容放电；以及根据所述电容上的一第二回授电压来关闭所述第三电流源以停止供应所述泄放电流。
附图说明
图1为本发明实施例中一可调光发光二极管照明系统的功能方块图。
图2为本发明实施例可调光发光二极管照明系统中一调光开关的示意图。
图3为本发明实施例可调光发光二极管照明系统中一调光开关运作时的示意图。
图4为本发明实施例可调光发光二极管照明系统中一泄放电路的示意图。
图5至图7为本发明实施例中可调光发光二极管照明系统在未启动调光开关功能下运作时的电流-电压特性图。
图8和图9为本发明实施例中可调光发光二极管照明系统在未启动调光开关功能且电容的值小于一临界值下运作时的电流-电压特性图。
图10和图11为本发明实施例中可调光发光二极管照明系统在启动调光开关功能下运作时的电流-电压特性图。
图12为本发明实施例中可调光发光二极管照明系统在启动一第一调光相位的调光开关功能下运作时的电流-电压特性图。
图13为本发明实施例中可调光发光二极管照明系统在启动一第二调光相位的调光开关功能下运作时的电流-电压特性图。
其中，附图标记说明如下：
22 三端触发交流组件
24 双端触发交流组件
26 可变电阻
28 电容
40 控制单元
55 驱动器
100 发光二极管照明系统
110 电源供应电路
120 调光开关
130 整流电路
140 泄放电路
150 发光单元
I0-I2 电流源
RCS 电流侦测组件
CPD 电容
VS 交流电压
VAC 整流交流电压
VG 触发电压
VFB1、VFB2 回授电压
VDIM 电压
VMAX 上限电压
VH 上限临界电压
VFB1、VFB2 回授电压
VDIM 电压
VMAX 上限电压
VH 上限临界电压
ILED 电流
IPD1 充电电流
IPD2 放电电流
ISYS 系统电流
IPD1 充电电流
IPD2 放电电流
TON 开启时段
TOFF 关闭时段
D1、D2 责任周期
T1-Tn+1 周期
具体实施方式
图1为本发明实施例中一可调光发光二极管照明系统100的功能方块图。发光二极管照明系统100包括一电源供应电路110、一调光开关120、一整流电路130、一泄放电路140，以及一发光单元150。
电源供应电路110可提供一具正负周期的交流电压VS，整流电路130可利用一桥式整流器来转换交流电压VS在负周期内的输出电压，因此可提供一整流交流电压VAC以驱动发光二极管照明系统100，其中整流交流电压VAC的值随着时间而有周期性变化。然而，电源供应电路110和整流电路130的结构并不限定本发明的范畴。
发光单元150包括多个发光装置和一驱动器。每一发光装置可包括一个发光二极管，或是多个串接的发光二极管。每一发光二极管可为单界面发光二极管(single-junction LED)、多界面高压发光二极管(multi-junction high-voltage LED)，或其它具类似功能的组件。然而，发光装置的种类和组态并不限定本发明的范畴。
图2为本发明实施例可调光发光二极管照明系统100中调光开关120的示意图。图3为本发明实施例可调光发光二极管照明系统100中调光开关120运作时的示意图。调光开关120可相位调变电源供应电路110以调整整流交流电压VAC的责任周期，进而调整流经发光二极管照明系统100的系统电流ISYS的责任周期，因此能控制发光单元150所提供的光输出量(光强度)。当未启动调光开关120的功能时，供给至整流电路130的电压VDIM其值和电源供应电路110提供的交流电压VS相同；当启动调光开关120的功能时，供给至整流电路130的电压VDIM是通过根据调光输入信号SDIMMER相位调变整流交流电压VAC来提供。
在图2所示的实施例中，调光开关120为一相切(phase-cut)调光器，其包括一三端触发交流组件22、一双端触发交流(DIAC)组件24、一可变电阻26，以及一电容28。三端触发交流组件22和双端触发交流组件24为双向切换组件，当开启(被触发)时能双向导通电流。可变电阻26和电容28用来提供一触发电压VG，其相对于交流电压VS具有一电阻-电容(RC)延迟时间。如图3所示，在周期内的关闭时段TOFF内，触发电压VG的值还不足以开启三端触发交流组件22，因此交流电压VS并不会供应至整流电路130(VDIM＝0)；在周期内的开启时段TON内，当触发电压VG的值超过三端触发交流组件22的临界电压时，三端触发交流组件22会被开启而传导系统电流ISYS。只要系统电流ISYS的值维持在高于三端触发交流组件22的最小保持电流的值，交流电压VS即可被供应至整流电路130(电压VDIM的波形随着整流交流电压VAC的波形而变化)。
在可调光发光二极管照明系统100中，调光开关120会根据接收到的调光输入信号SDIMMER来决定针对电源供应电路110的交流电压VS的调整量。在一些实施例中，调光输入信号SDIMMER为模拟信号，可通过转动开关、滑动开关，或任何能根据调整设定来提供一调整信号的电性或机械式装置来产生。在其它实施例中，调光输入信号SDIMMER可为数字信号。然而，调光输入信号SDIMMER的实施方式并不限定本发明的范畴。
在图2所示的实施例中，可变电阻26的值可根据调光输入信号SDIMMER来加以调整，以改变触发电压VG相对于交流电压VS的电阻-电容延迟时间，进而调整电压VDIM的周期内开启时段TON和关闭时段TOFF的长短。由于发光单元150的光输出强度实质上正比于整流交流电压VAC，而整流交流电压VAC的值有关电压VDIM，因此流经发光单元150的系统电流ISYS能以调变方式被控制，使得发光单元150在反应调光输入信号SDIMMER时能提供平稳变化的光输出强度，而不会造成可感受到的闪烁。
图4为本发明实施例可调光发光二极管照明系统100中泄放电路140的示意图。泄放电路140包括3个电流源I0-I2、一电流侦测组件RCS、一电容CPD，以及一控制单元40。在启动后，可调光发光二极管照明系统100可根据电流侦测组件RCS上的一回授电压VFB1来监控系统电流ISYS的准位。在一实施例中，电流侦测组件RCS可为一电阻。然而，电流侦测组件RCS的实施方式并不限定本发明的范畴。
当整流交流电压VAC的值还不足以导通发光单元150时，流经发光单元150的电流ILED其值实质上为0。在这种状况下，控制单元40会开启电流源I0以供应泄放电流IBL，以使得系统电流ISYS能维持在高于调光开关120中三端触发交流组件22(未显示于图4)的最小保持电流。当整流交流电压VAC的值足以导通发光单元150时，发光单元150开始导通，而电流ILED的值会随着整流交流电压VAC来变化。一旦流经发光单元150的电流ILED达到系统电流ISYS的值时，电流ILED会由发光单元150的驱动器(由图4中的标号55来代表)来调节以维持在一固定值。一旦流经发光单元150的电流ILED超过调光开关120中三端触发交流组件22的最小保持电流，电流ILED就足以维持调光开关120的稳定运作，此时控制单元40会关闭电流源I0以停止供应泄放电流IBL。在其它实施例中，电流源I0可根据流经发光单元150的电流ILED来调整泄放电流IBL，以使得泄放电流IBL和电流ILED的加总能够维持调光开关的稳定运作。
同时，当回授电压VFB1反应出系统电流ISYS的值已经达到一预设门坎值ITH时，控制单元40会开启电流源I1并关闭电流源I2以对电容CPD充电。当回授电压VFB1反应出系统电流ISYS的值并未超过预设门坎值ITH时，控制单元40会关闭电流源I1并开启电流源I2以使电容CPD能放电。
图5至图7为本发明实施例中可调光发光二极管照明系统100在未启动调光开关120功能下运作时的电流-电压特性图。图5显示了整流交流电压VAC、系统电流ISYS和回授电压VFB2在整流交流电压VAC的多个周期内的波形图。图6显示了整流交流电压VAC、系统电流ISYS、充电电流IPD1，和放电电流IPD2在整流交流电压VAC的前n个周期T1-Tn(n为正整数)中其中一周期内的放大波形图。图7显示了整流交流电压VAC、系统电流ISYS、充电电流IPD1，和放电电流IPD2在整流交流电压VAC中周期Tn的后的放大波形图。
当发光二极管照明系统100未启动调光开关120功能时，系统电流ISYS的责任周期D1(也就是ISYS>ITH的期间)通常大于95％，如图6和图7所示。在图5中，电容CPD上的回授电压VFB2在整流交流电压VAC的周期T1-Tn中呈现锯齿状波形，其中其波形上升区段代表电容CPD的充电周期，而其波形下降区段代表电容CPD的放电周期。当通过调整电流源I1和I2的值以使电容CPD的充电量IPD1*D1大于电容CPD的放电量IPD2*(1-D1)时，电容CPD上的回授电压VFB2会逐渐增加，如图5所示。当回授电压VFB2在整流交流电压VAC的周期Tn时达到一上限临界电压VH时，控制单元40会将回授电压VFB2箝制在大于上限临界电压VH的一上限电压VMAX，并关闭电流源I0以在周期Tn的后停止供应泄放电流IBL，如图5所示。因此，本发明在不需要调光功能时可降低系统电流ISYS，进而减少发光二极管照明系统100的功耗。
图8和图9为本发明实施例中可调光发光二极管照明系统100在未启动调光开关120功能且电容CPD的值小于一临界值下运作时的电流-电压特性图。当电容CPD的值不小于临界值时，回授电压VFB2可能需要经过好几个整流交流电压VAC的周期才会升至上限电压VMAX而造成停止供应泄放电流IBL，如图5中当n>1时所示。当电容CPD的值小于临界值时，回授电压VFB2在一个整流交流电压VAC的周期内就能上升至上限临界电压VH。图8显示了当电容CPD为一第一值时整流交流电压VAC、系统电流ISYS和回授电压VFB2在整流交流电压VAC的每一周期内的放大波形图，其中第一值小于临界值。图9显示了当电容CPD为一第二值时整流交流电压VAC、系统电流ISYS和回授电压VFB2在整流交流电压VAC的每一周期内的放大波形图，其中第二值远小于第一值。如图8和图9所示，当电容CPD的值小于临界值时，侦测用来判断何时停止供应泄放电流IBL的回授电压VFB2是在整流交流电压VAC的每一周期内执行。停止供应泄放电流IBL的时间点会发生在至少整流交流电压VAC的波形下降边缘，进而改善运作效率。
图10和图11为本发明实施例中可调光发光二极管照明系统100在启动调光开关120功能下运作时的示意图。图10显示了发光二极管照明系统100在整流交流电压VAC的多个周期内的电流-电压特性图。图11显示了整流交流电压VAC、系统电流ISYS、充电电流IPD1和放电电流IPD2在整流交流电压VAC的一周期内的放大波形图。
当可调光发光二极管照明系统100启动调光开关120功能时，系统电流ISYS的责任周期D2(也就是ISYS>ITH的期间)通常小于90％，如图11所示。在图10中，电容CPD上的回授电压VFB2呈现锯齿状波形，其中其波形上升区段代表电容CPD的充电周期，而其波形下降区段代表电容CPD的放电周期。当通过调整电流源I1和I2的值以使电容CPD的充电量IPD1*D2小于或等于电容CPD的放电量IPD2*(1-D2)时，电容CPD上的回授电压VFB2会维持在低于上限临界电压VH的准位，如图10所示。在此种情况下，控制单元40会控制电流源I0以持续供应泄放电流IBL。因此，本发明在需要调光功能时能确保系统电流ISYS的值维持在高于三端触发交流装置22的最小保持电流，进而确保发光二极管照明系统100的调光开关120能正常运作。
图12和图13为本发明实施例中可调光发光二极管照明系统100在启动调光开关120功能下运作时的电流-电压特性图。图12显示了当调光开关120以一第一调光相位运作时的实施例，而图13显示了当调光开关120以一第二调光相位运作时的实施例，其中第二调光相位小于第一调光相位。当调光开关120以较大调光相位运作时，泄放电流IBL会出现在整流交流电压VAC的波形上升边缘，如图12所示。当调光开关120以较小调光相位运作时，泄放电流IBL会出现在整流交流电压VAC的波形下降边缘，且会在当回授电压VFB2升至上限临界电压VH时停止供应泄放电流IBL以改善运作效率，如图13所示。
如前所述，电容CPD的总充电时间和总放电时间是由系统电流ISYS的责任周期来决定。由于启动或关闭调光开关120功能会影响系统电流ISYS的责任周期，可调光发光二极管照明系统100可监控电容CPD上的回授电压VFB2来判断是否需要提供调光功能所需的泄放电流IBL。因此，本发明在需要调光功能时能确保调光功能的正常运作，并在不需要调光功能时可减少发光二极管照明系统的功耗。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，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 (8)

1.一种发光二极管照明系统，其特征在于，包括：
一发光单元，由一整流交流电压来驱动；以及
一泄放电路，其包括：
一第一电流源，用来提供一充电电流；
一第二电流源，用来提供一放电电流；
一第三电流源，用来提供一泄放电流；
一电流侦测组件，用来提供有关一系统电流的一第一回授电压；
一电容；以及
一控制单元，用来：
当根据所述第一回授电压判断所述系统电流超过一默认临界值时，开启所述第一电流源和关闭所述第二电流源以对所述电容充电；
当根据所述第一回授电压判断所述系统电流并未超过所述默认临界值时，关闭所述第一电流源和开启所述第二电流源以让所述电容放电；
根据所述电容上的一第二回授电压来关闭所述第三电流源以停止供应所述泄放电流；以及
当所述第二回授电压超过一上限临界电压时，关闭所述第三电流源以停止供应所述泄放电流，并将所述第二回授电压箝制在大于所述上限临界电压的一上限电压。
2.如权利要求1所述的发光二极管照明系统，其特征在于，另包括一调光开关，用来通过调整所述系统电流的责任周期来控制所述发光单元的光输出量，其中所述调光开关的运作是由所述泄放电流来维持。
3.如权利要求2所述的发光二极管照明系统，其特征在于，当所述系统电流低于一调光开关的一最小保持电流时，所述控制单元另用来开启所述第三电流源以供应所述泄放电流。
4.如权利要求2所述的发光二极管照明系统，其特征在于：
当一调光开关的功能未被启动时，所述系统电流的责任周期为一第一值D1；
当所述调光开关的功能被启动时，所述调光开关用来根据一调光输入信号来将所述系统电流的责任周期由所述第一值D1调为一第二值D2；且
所述第二值D2小于所述第一值D1。
5.如权利要求4所述的发光二极管照明系统，其特征在于：
所述充电电流的值为一第三值IPD1；
所述放电电流的值为一第四值IPD2；
当所述调光开关的功能未被启动时，(IPD1*D1)>IPD2*(1-D1)；且
当所述调光开关的功能被启动时，(IPD1*D2)<IPD2*(1-D2)。
6.如权利要求2所述的发光二极管照明系统，其特征在于，所述调光开关包括一三端触发交流组件，用来相位调变所述整流交流电压，进而调整所述系统电流的责任周期。
7.如权利要求2所述的发光二极管照明系统，其特征在于，当所述电容的值小于一临界值时，所述控制单元另用来在所述整流交流电压的每一周期内侦测所述电流侦测组件所提供的所述第一回授电压。
8.如权利要求7所述的发光二极管照明系统，其特征在于：
当所述调光开关以一第一调光相位运作时，所述泄放电流出现在所述整流交流电压的一波形上升边缘；
当所述调光开关以一第二调光相位运作时，所述泄放电流出现在所述整流交流电压的一波形下降边缘；且
所述第一调光相位大于所述第二调光相位。
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