CN111239465B - 线电压检测电路、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线电压检测电路、系统及方法。本发明实施例提供的线电压检测电路包括：线电压检测模块，用于基于整流器的输出信号来生成检测信号；调制控制模块，其一输入端连接至线电压检测模块的输出端；栅极驱动器，其输入端连接至调制控制模块的输出端；以及第一晶体管，其栅极连接至栅极驱动器的输出端，其源极连接至调制控制模块的另一输入端，其漏极用于连接至开关电源架构的输出端。根据本发明实施例提供的上述技术方案，可以利用调制控制模块在系统线电压低于预设阈值之后，自适应地调节并且减小LED驱动电流，从而可以避免开关长时间处于导通状态而产生损坏。

Description

线电压检测电路、系统及方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体地，本发明涉及一种线电压检测电路、系统及方法。

背景技术

在发光二极管(Light Emitting Diode，LED)照明系统中，由于电网设计和装配条件的不同，尤其在欠发达地区中电网电压的波动范围大，使得系统容易产生控制异常，成为系统损坏的隐患。在线电压波动并降低的过程中，系统会通过增大功率开关的导通时间，增大能量的输入，维持LED输出恒定的电流，然而过长的导通时间，会增加功率开关损坏的风险，降低系统的使用寿命。

一般地，为了防止控制芯片和LED系统损坏，控制芯片通常检测系统线电压变化，在线电压降低到一定值后，控制芯片将进入线电压欠压保护状态，并关断系统；在线电压增大到一定值后，控制芯片将进入线电压过压保护状态，并关断系统。但是这种监测到线电压过低直接关闭系统的控制方式会因线电压系统反复重启而产生LED闪烁问题。

发明内容

为了解决现有技术中的一个或多个技术问题，本发明实施例提供了一种线电压检测电路、系统及方法，能够在系统线电压低于预设阈值之后，自适应地调节并且减小LED驱动电流，从而可以避免开关长时间处于导通状态而产生损坏。

一方面，本发明实施例提供一种线电压检测电路，包括：线电压检测模块，用于基于整流器的输出信号来生成检测信号；调制控制模块，其一输入端连接至线电压检测模块的输出端；栅极驱动器，其输入端连接至调制控制模块的输出端；以及第一晶体管，其栅极连接至栅极驱动器的输出端，其源极连接至调制控制模块的另一输入端，其漏极用于连接至开关电源架构的输出端。

根据本发明实施例提供的线电压检测电路，调制控制模块包括脉冲宽度调制控制模块或者脉冲频率调制控制模块；并且其中，脉冲宽度调制控制模块包括线性脉冲宽度调制控制模块或幂指数型脉冲宽度调制控制模块，脉冲频率调制控制模块包括线性脉冲频率调制控制模块或幂指数型脉冲频率调制控制模块。

根据本发明实施例提供的线电压检测电路，线性脉冲宽度调制控制模块包括电阻、第一比较器和第一逻辑单元，电阻的两端均连接至线电压检测模块的输出端，电阻的一端连接至第一比较器的正端，第一比较器的负端用于连接至第一晶体管的源极，第一逻辑单元用于基于第一比较器的输出信号(OCP)和第一准谐振检测信号来生成第一调制控制信号。

根据本发明实施例提供的线电压检测电路，幂指数型脉冲宽度调制控制模块包括第二晶体管、电容、第二比较器、与非门、与门、第三比较器和第二逻辑单元，第二晶体管的栅极用于接收第二准谐振检测信号，第二晶体管的漏极、电容的上极板和比较器的负端均连接至线电压检测模块的输出端，第二晶体管的源极和电容的下极板接地，第二比较器的正端用于接收基准电压，与非门用于对第二比较器的输出信号(M_T)和检测时间信号(T_dect)进行与非操作，与门用于对与非门的输出信号和第二准谐振检测信号进行与操作，第二逻辑单元用于基于与门的输出信号和第三比较器的输出信号来输出第二调制控制信号；其中，第三比较器的输出信号是通过将正常工作模式下的过流保护阈值电压

与第一晶体管的源极电压进行比较而得到的。

另一方面，本发明实施例提供了一种线电压检测方法，包括：监测线电压；在线电压从第一预设阈值开始下降直至达到第二预设阈值的过程中，使得LED驱动电流从正常工作模式下的LED驱动电流逐渐减小；其中，第一预设阈值大于第二预设阈值。

根据本发明实施例提供的线电压检测方法，还包括：在线电压从第二预设阈值继续下降直至达到零的过程中，使得LED驱动电流维持在能够使得负载保持最低亮度的最小电流值；其中，负载为LED照明装置。

根据本发明实施例提供的线电压检测方法，还包括：在线电压从第二预设阈值继续下降直至达到第三预设阈值的过程中，使得LED驱动电流维持在能够使得负载保持最低亮度的最小电流值；当线电压达到第三预设阈值时，关断LED驱动电流；以及在线电压从第三预设阈值上升至第四预设阈值的过程中，使得LED驱动电流从零变为能够使得负载保持最低亮度的最小电流值；其中，第二预设阈值大于第三预设阈值，并且第四预设阈值大于第三预设阈值小于第二预设阈值，负载为LED照明装置。

根据本发明实施例提供的线电压检测方法，还包括：当线电压达到第二预设阈值时，关断LED驱动电流。

根据本发明实施例提供的线电压检测方法，使得LED驱动电流从正常工作模式下的LED驱动电流逐渐减小，包括：使得LED驱动电流从正常工作模式下的LED驱动电流逐渐线性地减小；或者使得LED驱动电流从正常工作模式下的LED驱动电流逐渐幂指数地减小。

根据本发明实施例提供的线电压检测方法，若LED驱动电流从正常工作模式下的LED驱动电流逐渐线性地减小，则通过调整过流保护阈值电压来限制LED驱动电流。

根据本发明实施例提供的线电压检测方法，若LED驱动电流从正常工作模式下的LED驱动电流逐渐幂指数地减小，则通过调整第一晶体管的关断时间来限制LED驱动电流。

根据本发明实施例提供的线电压检测方法，在低功率因子的降压架构LED照明系统中，若LED驱动电流从正常工作模式下的LED驱动电流逐渐线性地减小，则在准谐振工作模式下，LED驱动电流的计算公式如下：

或者

/>

其中，I_PK为线电压检测电路设置的电感峰值电流，T_ON为第一晶体管的导通时间，T_DEM为电感的退磁时间，T_OFF为第一晶体管的关断时间，V_{th_ocp}为过流保护阈值电压，R_S为LED照明系统的外接电阻，

为正常工作模式下的过流保护阈值电压，V_{in_pk}为线电压的峰值电压，V_{in_avg}为线电压的平均电压，R为调制控制模块中的电阻值。

根据本发明实施例提供的线电压检测方法，在高功率因子的降压架构LED照明系统中，若LED驱动电流从正常工作模式下的LED驱动电流逐渐线性地减小，则在准谐振工作模式下，LED驱动电流的计算公式如下：

I_LED＝(V_{ref|VIN_NOM}-I_FAC×R)÷R

＝(V_{ref|VIN_NOM}-K×V_{in_pk}×R)÷R

或者

I_LED＝(V_{ref|VIN_NOM}-I_FAC×R)÷R

＝(V_{ref|VIN_NOM}-K×V_{in_avg}×R)÷R

其中，V_{ref|VIN_NOM}为正常工作模式下的基准电压，V_{in_pk}为线电压的峰值电压，V_{in_avg}为线电压的平均电压，R为调制控制模块中的电阻。

根据本发明实施例提供的线电压检测方法，在降压架构LED照明系统中，若LED驱动电流从正常工作模式下的LED驱动电流逐渐幂指数地减小，则在非连续导通工作模式下，LED驱动电流的计算公式如下：

I_LED＝0.5×I_PK×[(T_ON+T_DEM)÷(T_ON+T_OFF)]

＝0.5×(V_{th_ocp}÷R_S)×[(T_ON+T_DEM)÷(T_ON+T_DEM+T_FAC)]

＝0.5×(V_{th_ocp}÷R_S)×{1-V_ref×C/[(T_ON+T_DEM)×(I_DC

-K×V_{in_pk})+V_ref×C]}

或者

I_LED＝0.5×I_PK×[(T_ON+T_DEM)÷(T_ON+T_OFF)]

＝0.5×(V_{th_ocp}÷R_S)×[(T_ON+T_DEM)÷(T_ON+T_OFF)]

＝0.5×(V_{th_ocp}÷R_S)×{1-V_ref×C/[(T_ON+T_DEM)×(I_DC

-K×V_{in_avg})+V_ref×C]}

其中，I_PK为线电压检测电路设置的电感峰值电流，T_ON为第一晶体管的导通时间，T_DEM为电感的退磁时间，T_OFF为第一晶体管的关断时间，V_{th_ocp}为过流保护阈值电压，R_S为LED照明系统的外接电阻的阻值，V_ref为基准电压，I_DC-K×V_{in_pk}、I_DC-K×V_{in_avg}为线电压相关电流，V_{in_pk}为线电压的峰值电压，V_{in_avg}为线电压的平均电压。

再一方面，本发明实施例提供了一种线电压检测系统，包括：如第一方面中所述的线电压检测电路。

本发明实施例的线电压检测电路、系统及方法，能够自适应地调节并且减小LED驱动电流，从而可以避免开关长时间处于导通状态而产生损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明第一实施例提供的检测线电压的方法的曲线示意图；

图2示出了本发明第二实施例提供的检测线电压的方法的曲线示意图；

图3示出了本发明第三实施例提供的检测线电压的方法的曲线示意图；

图4示出了本发明实施例提供的线电压检测电路的结构示意图；

图5示出了本发明实施例提供的含有线电压检测电路的非隔离降压架构的LED照明系统的结构示意图；

图6a示出了本发明实施例提供的应用于降压架构的LED照明系统的线性脉冲宽度调制控制模块的结构示意图；

图6b示出了本发明实施例提供的如图6a所示的线性脉冲宽度调制控制模块的一种实现方式的结构示意图；

图7示出了本发明第四实施例提供的检测线电压的方法的曲线示意图；

图8a示出了本发明实施例提供的当V_in>V_{in_BK}时，LED电流为I_{LED_NOM}的正常QR模式下工作波形的示意图；

图8b示出了本发明实施例提供的当V_in<V_{in_BK}时，LED电流为I_{LED_1}的线电压监控模式下工作波形的示意图；

图9示出了本发明实施例的应用于降压架构LED的照明系统的幂指数型脉冲宽度调制控制模块的结构示意图；

图10示出了本发明第五实施例提供的检测线电压的方法的曲线示意图；

图11示出了本发明第六实施例提供的检测线电压的方法的曲线示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，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好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种线电压检测电路、系统及方法。下面首先对本发明实施例所提供的检测线电压的方法进行介绍。

图1示出了本发明第一实施例提供的检测线电压的方法的曲线示意图。图1示出了LED驱动电流随着线电压的变化而变化的曲线图，并且本发明一实施例提供的检测线电压的方法可以包括以下步骤：

监测线电压；

在线电压从第一预设阈值开始下降直至达到第二预设阈值的过程中，使得LED驱动电流从正常工作模式下的LED驱动电流逐渐减小；其中，第一预设阈值大于第二预设阈值。

本发明实施例提供的检测线电压的方法可以通过在系统线电压低于预设阈值之后，自适应地调节并且减小LED驱动电流，从而可以避免开关长时间处于导通状态而产生损坏。

具体地，参考图1，本发明实施例可以通过利用线电压检测电路(例如，控制芯片)来对线电压进行检测。

首先，在线电压从正常工作模式下的线电压(例如，V_{in_ovp})下降至第一预设阈值(例如，V_{in_BK})的过程中，使得LED驱动电流保持在能够使得LED正常工作的电流值(例如，I_{LED_NOM})处。

其次，在线电压从第一预设阈值(例如，V_{in_BK})继续下降直至达到第二预设阈值(例如，V_{in_min})的过程中，线电压检测电路可以自适应地调节并减小LED驱动电流，在图1所示的实施例中，使得LED驱动电流线性地减小。

此外，作为一个示例，该检测线电压的方法还可以包括：

在线电压从第二预设阈值(例如，V_{in_min})继续下降直至达到零的过程中，使得LED驱动电流维持在能够使得诸如LED灯之类的负载保持最低亮度的最小电流值(例如，I_{LED_min})，在这种情况下，LED灯的亮度可以维持在一个最低值，其中，负载可以为LED照明装置。如图1中标记为(1)的曲线所示。

此外，作为一个示例，该检测线电压的方法还可以包括：

当线电压达到第二预设阈值(例如，V_{in_min})时，系统被关断，使得LED驱动电流变为零，LED灯灭掉，如图1中标记为(2)的曲线所示。而不是将LED驱动电流继续维持在使得负载保持最低亮度的最小电流值(例如，I_{LED_min})。

具体地，在如图1所示的实施例中，在LED照明系统正常工作的过程中，LED的驱动电流可以被维持在I_{LED_NOM}。当系统线电压从V_{in_BK}降至Vin_min的过程中，线电压检测电路可以开始线性地减小LED驱动电流I_LED。应注意，在其他实施例中，在前述过程期间，线电压检测电路也可以幂指数地减小LED驱动电流I_LED，这将在下面进行描述，如图3所示，本发明对此不做限制。

因此，通过调整LED驱动电流，LED照明系统的开关导通时间会降低。随着线电压的恢复，LED驱动电流将可以依据控制曲线恢复。例如，如果线电压继续下降至V_{in_1}，则线电压检测电路可以将LED驱动电流调整为I_{LED_1}，依次类推。在一些实施例中，如果线电压继续下降至V_{in_min}，则线电压检测电路将根据系统需求，选择如下两种方式中的任意一种：(1)将LED驱动电流钳位在能够使得LED灯保持最低亮度的最小电流值(例如，I_{LED_min})，以满足LED灯的最低亮度需求；或者(2)使得LED驱动电流变为零，LED灯关断。

应该注意的是，如图1所示的实施例仅是出于示例的目的，其不对本发明构成限制。

此外，应注意，不同的应用环境对LED亮度(对应于LED驱动电流)有不同的需求。

通过本发明实施例提供的上述技术方案，可以在一定程度上降低系统的开关导通时间，降低功率开关损坏的风险，增加系统的使用寿命。

在图1所示的实施例的基础上，为了进一步降低系统的开关导通时间，从而减小功率开关损坏的风险，进而保护系统。本发明另一实施例提供了一种检测线电压的方法，图2示出了本发明第二实施例提供的检测线电压的方法的曲线示意图。

为了便于描述，本实施例中与前述实施例中相同或类似的部分将不再进行赘述，主要对二者之间的不同点进行描述，例如，本发明另一实施例提供的检测线电压的方法除了包括如图1所述的部分步骤之外，还可以包括以下步骤：

在线电压从第二预设阈值(例如，V_{in_min})继续下降直至达到第三预设阈值(例如，V_{in_tri})的过程中，使得LED驱动电流维持在能够使得负载保持最低亮度的最小电流值；

当线电压达到第三预设阈值(例如，V_{in_tri})时，关断LED驱动电流；以及

在线电压从第三预设阈值(例如，V_{in_tri})上升至第四预设阈值(例如，V_{in_rec})的过程中，使得LED驱动电流从零变为能够使得负载保持最低亮度的最小电流值(例如，I_{LED_min})，在这种情况下，LED灯的亮度可以维持在一个最低值。其中，第二预设阈值(例如，V_{in_min})大于第三预设阈值(例如，V_{in_tri})，并且第四预设阈值(例如，V_{in_rec})大于第三预设阈值(例如，V_{in_tri})小于第二预设阈值(例如，V_{in_min})，负载可以为LED照明装置。如图2中标记为(1)的曲线所示。

此外，作为一个示例，该检测线电压的方法还可以包括：

当线电压达到第二预设阈值(例如，V_{in_min})时，系统被关断，使得LED驱动电流变为零，LED灯灭掉。如图2中标记为(2)的曲线所示。而不是将LED驱动电流维持在使得负载保持最低亮度的最小电流值(例如，I_{LED_min})一段时间后再关断。

综上，图2所示实施例与图1所示实施例之间的不同之处主要在于第(1)种方式，例如，图2所示的实施例不是在线电压降至V_{in_min}时将LED驱动电流一直维持在最小电流值，而是通过设置第三预设阈值(例如，V_{in_tri})，使得线电压在从第二预设阈值(例如，V_{in_min})下降至第三预设阈值(例如，V_{in_tri})的过程期间，LED驱动电流维持在最小电流值(例如，I_{LED_min})，并在线电压达到第三预设阈值(例如，V_{in_tri})时，关断LED驱动电流，在线电压上升至第四预设阈值(例如，V_{in_rec})时，系统将恢复工作，此时LED驱动电流可以为最小电流值(例如，I_{LED_min})。由于此时LED驱动电流已经降至最低，故LED灯的关断不会带来明显的闪烁视觉感觉，可以提升用户体验。

通过上述技术方案，在LED正向导通电流最小的情况下，在线电压降低至第三预设阈值时，通过将LED驱动电流降为零，而不是将其继续维持在最小电流值，通过这种方式，可以进一步降低系统的开关导通时间，从而进一步保护系统。

此外，参考图3，图3示出了本发明第三实施例提供的检测线电压的方法的曲线示意图。

作为一个示例，在正常工作模式下，使得LED驱动电流维持在I_{LED_NOM}处，在线电压从V_{in_BK}下降至V_{in_min}区间内，对LED驱动电流的调整方式除了如图1所示的方法之外，本发明实施例还提供了如图3所示的实现方式。

其中，图1所示的实施例提供的技术方案是通过当线电压从V_{in_BK}下降至V_{in_min}区间内，使得LED驱动电流从正常工作模式下的I_{LED_NOM}开始线性地减小至最小电流值I_{LED_min}来降低功率开关的导通时间。

然而，图3所示的实施例提供的技术方案是通过当线电压从V_{in_BK}下降至V_{in_min}区间内，使得LED驱动电流从正常工作模式下的I_{LED_NOM}开始幂指数地减小至最小电流值I_{LED_min}来降低功率开关的导通时间。

如图3所示，提供了一种幂指数型曲线控制方式，这是因为在某些应用中，正常工作状态下的LED驱动电流I_{LED_NOM}可以被设置为较高值，因此当线电压降低时，通过将LED驱动电流线性地减小，使得驱动电流在大电流区域会表现出较大的差值变化，这可能会导致出现LED灯闪烁现象。

故为了在一定程度上避免出现LED灯闪烁现象，本发明实施例提供了一种在特定区间内，幂指数地减小LED驱动电流的技术方案，通过上述技术方案，可以同时满足在V_{in_BK}至V_{in_min}区间电流变化的需求和避免LED灯闪烁现象的出现。

下面以降压(BUCK)架构为例(应注意，其仅为一个示例，还可以采用升压(BOOST)、返驰式(Flyback)等开关电源架构)来描述线性控制和幂指数曲线控制两种实现方式。

参考图4和图5，图4示出了本发明实施例提供的线电压检测电路的结构示意图，图5示出了本发明实施例提供的含有线电压检测电路的非隔离降压架构的LED照明系统的结构示意图。

作为一个示例，本发明实施例提供的线电压检测电路可以包括：线电压检测模块410，其可以用于基于整流器的输出信号来生成检测信号；调制控制模块420，其一输入端可以连接至线电压检测模块410的输出端；栅极驱动器430，其输入端可以连接至调制控制模块420的输出端；以及第一晶体管M1，其栅极可以连接至栅极驱动器430的输出端，其源极可以连接至调制控制模块420的另一输入端，并且第一晶体管M1的源极可以经由电阻Rs接地，其漏极用于连接至开关电源架构的输出端。

其中，调制控制模块可以包括脉冲宽度调制控制模块或者脉冲频率调制控制模块；并且其中，脉冲宽度调制控制模块可以包括线性脉冲宽度调制控制模块或幂指数型脉冲宽度调制控制模块，脉冲频率调制控制模块可以包括线性脉冲频率调制控制模块或幂指数型脉冲频率调制控制模块。

并且其中，该调制控制模块是受线电压调制控制的。

此外，如图5所示，该LED照明系统除了包括上述线电压检测电路之外，还可以包括：整流器440、电容C1和降压架构450。

其中，整流器440可以包括四个二极管D1、D2、D3和D4，该整流器440可以为桥式整流器，在其他实施例中，该整流器可以为全波整流电路等，本发明对此不做限制。

如图5所示，二极管D1的正极可以连接至二极管D2的负极，二极管D2的正极可以连接至二极管D4的正极，二极管D4的负极可以连接至二极管D3的正极，二极管D3的负极可以连接至二极管D1的负极。

并且，电容C1的上极板可以连接至二极管D3的负极，电容C1的下极板可以连接至二极管D4的正极，电容C1的下极板接地。

此外，降压架构450可以包括二极管D5、电感L、电容C2和LED灯，其中，二极管D5的正极可以连接至电感L的一端，电感L的另一端可以连接至电容C2的下极板，电容C2的上极板可以连接至二极管D5的负极，并且一个或多个串联连接的LED灯可以并联连接在电容C2的两端，且二极管D5的正极可以连接至第一晶体管M1的漏极。

作为一个示例，在低功率因子的降压架构LED照明系统中，若LED驱动电流从正常工作模式下的LED驱动电流逐渐线性地减小，则在准谐振工作模式下，LED驱动电流的计算公式如下：

或者

其中，I_PK为线电压检测电路设置的电感峰值电流，T_ON为第一晶体管M1的导通时间，T_DEM为电感L的退磁时间，T_OFF为第一晶体管M1的关断时间，V_{th_ocp}为过流保护阈值电压，R_S为LED照明系统的外接电阻，

为正常工作模式下的过流保护阈值电压，V_{in_pk}为线电压的峰值电压，V_{in_avg}为线电压的平均电压，R(如图6b所示)为脉冲宽度调制控制模块中的电阻值。

具体地，参考图1和图6a(或图6b)，可以线性地控制LED的驱动电流。其中，在低功率因子的降压架构LED照明系统中，若线电压从第一预设阈值降至第二预设阈值期间LED驱动电流线性地减小(如图1所示)，则在正常工作模式下，系统设置固定的过流保护阈值电压(Vth_ocp)与CS电压进行比较。在准谐振(Quasi-Resonant，QR)工作模式下，系统实现对LED驱动电流的恒流控制，该驱动电流可以表示为：

I_LED＝0.5×I_PK×[(T_ON+T_DEM)÷(T_ON+T_OFF)]

＝0.5×(V_{th_ocp}÷R_S) (2)

其中，I_PK为线电压检测电路设置的电感峰值电流，T_ON为第一晶体管M1的导通时间，T_DEM为电感的退磁时间，T_OFF为第一晶体管M1的关断时间，V_{th_ocp}为过流保护阈值电压，R_S为LED照明系统的外接电阻。在准谐振工作模式下，退磁时间T_DEM等于开关晶体管的关断时间T_OFF。

以非隔离BUCK架构的LED照明系统为例，可以实现线性控制和幂指数曲线控制两种控制LED驱动电流的方法。

其中，线性控制方法的实现可以通过产生与线电压V_in的峰值电压V_{in_pk}或者线电压V_in的平均电压V_{in_avg}比例相关的电流I_FAC，如下所示：

I_FAC＝K×V_{in_pk} (3.a)

或者

I_FAC＝K×V_{in_avg} (3.b)

当线电压下降达到第一预设阈值(例如，V_in<V_{in_BK})时，在与比较器的正端连接的电阻R(参考下面的图6b所示)上形成压降ΔV_FAC＝I_FAC×R。故在原过流保护阈值电压V_{th_ocp}的基础上减去电压ΔV_FAC，产生新的随线电压变化的过流保护阈值电压，如下所示：

或者

根据公式(2)、(4.a)和(4.b)可得，LED驱动电流可以表示为如下：

或者

综上，LED驱动电流将在线电压监控机制下，线性地变化。其电路实现如图6a和图6b所示。其中，图6a示出了本发明实施例提供的应用于降压架构的LED照明系统的线性脉冲宽度调制控制模块的结构示意图。图6b示出了本发明实施例提供的如图6a所示的线性脉冲宽度调制控制模块的一种实现方式的结构示意图。

作为一个示例，如图6a和图6b所示，通过在比较器的正端处的电阻R上形成压降ΔV_FAC，进而形成新的过流保护阈值电压。

作为一个示例，线性脉冲宽度调制控制模块可以包括电阻R、第一比较器和第一逻辑单元，电阻的两端均可以连接至线电压检测模块410的输出端，电阻R的一端可以连接至比较器的正端，比较器的负端可以用于连接至第一晶体管M1的源极，第一逻辑单元可以用于基于第一比较器的输出信号(OCP)和第一准谐振检测信号(QR_dect)来生成第一调制控制信号(PWM)。

其中，第一准谐振检测信号(QR_dect)和正常工作模式下的过流保护阈值电压

由线性脉冲宽度调制控制模块自身产生。

作为一个示例，在高功率因子的降压架构LED照明系统中，若LED驱动电流从正常工作模式下的LED驱动电流逐渐线性地减小，则在准谐振工作模式下，LED驱动电流的计算公式如下：

或者

/>

其中，V_{ref|VIN_NOM}为正常工作模式下的基准电压，V_{in_pk}为线电压的峰值电压，V_{in_avg}为线电压的平均电压，R为脉冲宽度调制控制模块中的电阻。

具体地，在高功率因子的降压架构LED照明系统中，输出电流的恒流通过对CS电流的积分，使得CS电流的平均值等于预设的基准电流I_ref＝V_ref÷R。对于这样的系统，线电压对LED驱动电流的调控，可以类似于公式(4.a)、公式(4.b)实现，将调整电压ΔV_FAC与V_ref进行运算，而不是与过流保护阈值电压V_{th_ocp}进行运算，如下所示：

V_ref(V_in)＝V_ref|VINNOM-I_FAC×R

＝V_{ref|VIN_NOM}-K×V_{in_pk}×R (7.a)

或者

V_ref(V_in)＝V_ref|VINNOM-I_FAC×R

＝V_{ref|VIN_NOM}-K×V_{in_avg}×R (7.b)

并且基于I_LED＝V_ref÷R，根据公式(7.a)和(7.b)，故LED驱动电流如下所示：

I_LED＝(V_{ref|VIN_NOM}-K×V_{in_pk}×R)÷R (8.a)

I_LED＝(V_{ref|VIN_NOM}-K×V_{in_avg}×R)÷R (8.b)

其中，V_{ref|VIN_NOM}为正常工作模式下的基准电压，V_{in_pk}为线电压的峰值电压，V_{in_avg}为线电压的平均电压，R为脉冲宽度调制控制模块中的电阻。

作为一个示例，以图5所示的非隔离降压架构的LED照明系统为例，若线电压从第一预设阈值降至第二预设阈值使得LED驱动电流从正常工作模式下的LED驱动电流幂指数地减小，则在非连续导通(Discontinuous Conduction Mode，DCM)工作模式下，该LED驱动电流的计算公式如下：

或者

其中，I_PK为线电压检测电路设置的电感峰值电流，T_ON为第一晶体管M1的导通时间，T_DEM为电感的退磁时间，T_OFF为第一晶体管M1的关断时间，V_{th_ocp}为过流保护阈值电压，R_S为LED照明系统的外接电阻，V_ref为基准电压，I_DC-K×V_{in_pk}、I_DC-K×V_{in_avg}为线电压相关电流，V_{in_pk}为线电压的峰值电压，V_{in_avg}为线电压的平均电压。

具体地，根据LED驱动电流的公式(2)可知，可以根据线电压变化调整系统工作的T_OFF时间，使其从QR工作模式进入非连续导通工作模式(Discontinuous Conduction Mode，DCM)，参考图3和图9，可以幂指数地控制LED的驱动电流。

作为一个示例，参考图7，图7示出了本发明第四实施例提供的检测线电压的方法的曲线示意图，图7与图2的主要不同之处在于，其中在图7所示的幂指数地控制LED驱动电流的实施例中，在线电压从Vin_Bk变化至Vin_min的过程中，幂指数地控制LED的驱动电流，使得LED驱动电流幂指数地下降。

具体地，在幂指数地控制LED的驱动电流的实现方式中，其中在线电压变化初始阶段期间，LED的驱动电流随着线电压的变化较小；而当线电压持续降低之后，LED的驱动电流可以快速地下降。

然而，在图2所示的线性地控制LED驱动电流的实施例中，在线电压从Vin_Bk变化至Vin_min的过程中，线性地控制LED的驱动电流，使得LED的驱动电流线性地下降。

作为一个示例，在准谐振(QR)工作模式下，T_OFF＝T_DEM。当线电压V_in降低至一定值(例如，V_in<V_{in_BK})的时候，可以利用与线电压正比例相关的电流I_FAC对固定电容进行充电和放电，产生与线电压相关的调制时间T_FAC。并且将调制时间计入开关金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)的关断时间T_OFF，如下所示：

T_OFF＝T_DEM+T_FAC (10)

接下来，将公式(10)带入公式(2)，则线电压监控调制状态下的LED驱动电流可以表示为如下：

I_LED＝0.5×(V_{th_ocp}÷R_S)×[(T_ON+T_DEM)÷(T_ON+T_DEM+T_FAC)] (11)

作为一个示例，调制前后，图5所示的系统表现出的波形变化如图8a和图8b所示。其中，图8a示出了本发明实施例提供的当V_in>V_{in_BK}时，LED电流为I_{LED_NOM}的正常QR模式下工作波形的示意图；图8b示出了本发明实施例提供的当V_in<V_{in_BK}时，LED电流为I_{LED_1}的线电压监控模式下工作波形的示意图。

其中，DRAIN表示漏极引脚(如图5所示)处的电压大小，CS表示CS引脚处的电压大小，I_L表示通过流过电感L的电流大小，I_LED表示流过LED灯的电流大小。

根据公式(11)，LED驱动电流在线电压监控下的变化曲线如图7所示。其电路实现方式如图9所示，图9示出了本发明实施例的应用于降压架构LED的照明系统的幂指数型脉冲宽度调制控制模块的结构示意图。

作为一个示例，该幂指数型脉冲宽度调制控制模块可以包括第二晶体管M2、电容C1、第二比较器、与非门、与门、第三比较器和第二逻辑单元，第二晶体管的栅极可以用于接收第二准谐振检测信号QR_dect，第二晶体管M2的漏极、电容C1的上极板和比较器的负端均可以连接至线电压检测模块410的输出端，第二晶体管M2的源极和电容C1的下极板可以接地，第二比较器的正端可以用于接收基准电压Vref，与非门可以用于对第二比较器的输出信号M_T和检测时间信号T_dect进行逻辑“与非”操作，与门可以用于对与非门的输出信号和第二准谐振检测信号QR_dect进行逻辑“与”操作，第二逻辑单元可以用于基于与门的输出信号和第三比较器的输出信号OCP来输出第二调制控制信号PWM。

其中，第三比较器的输出信号OCP可以是通过将正常工作模式下的过流保护阈值电压

与第一晶体管的源极电压进行比较而得到的。

参考图9，受第二准谐振检测信号QR_dect控制，线电压相关电流I_DC-I_FAC产生将信号QR_dect延迟时间T_FAC的信号M_T。当线电压升高至一定值(例如，V_in>V_{in_BK})时，信号T_dect＝“1”使能，可以将信号M_T与T_dect进行与非运算，并且可以将与非运算的结果与信号QR_dect进行与运算，从而将时间T_OFF由原来QR模式下的时间T_DEM变化为时间T_DEM+T_FAC。

具体地，当信号QR_dect变为逻辑高电平时，产生窄脉冲信号。窄脉冲信号的高电平使得晶体管M2导通，电流I_DC-I_FAC流经晶体管M2，电容C1被放电为零。当窄脉冲信号变为逻辑低电平时，晶体管M2关断，利用电流I_DC-I_FAC对电容C1充电，进而将电容C1两端的电压与基准电压V_ref进行比较，使得第二比较器的输出信号M_T发生翻转。

根据电容充放电原理，调制时间T_FAC可以表示为公式(12)所示：

T_FAC＝(V_ref×C)÷(I_DC-I_FAC) (12)

将公式(12)和公式(3.a)、(3.b)代入公式(11)，可得LED驱动电流的线电压调制公式为如下：

I_LED＝0.5×(V_{th_ocp}÷R_S)×{1-(V_ref×C)÷[(T_ON+T_DEM)×(I_DC-K×V_{in_pk})+V_ref×C]}(13.a)

或者

I_LED＝0.5×(V_{th_ocp}÷R_S)×{1-(V_ref×C)÷[(T_ON+T_DEM)×(I_DC-K×V_{in_avg})+V_ref×C]}(13.b)

根据公式(13.a)和(13.b)，LED驱动电流将会在线电压监控下依据图7变化，从而实现对LED驱动电流的幂指数型线电压监控。

应该注意的是，不同的LED照明系统对线电压监控后的LED亮度变化有不同的需求。这反映到线电压监控曲线上，即是对图2和图7中的最小LED驱动电流I_{LED_min}有不同的需求。在上述线性控制方式中，可以通过调整最小过流保护阈值电压V_{th_ocp,min}，来限制最小LED驱动电流I_{LED_min}。在线电压降低的过程中，过流保护阈值电压V_{th_ocp}(V_in)依据公式(4.a)和(4.b)变化。当

时，/>

类似地，在幂指数型控制方式中，可以通过调整开关MOSFET的最大关断时间T_OFF,max，来限制最小LED驱动电流。在线电压降低的过程中，开关MOSFET的最大关断时间T_OFF,max可以依据公式(10)变化。当T_DEM+T_FAC>T_OFF,max时，T_OFF＝T_OFF,max。因此，图2和图7可以相应地衍生为最小LED驱动电流I_{LED_min}可调的控制曲线，即图10和图11，其中图10示出了本发明第五实施例提供的检测线电压的方法的曲线示意图，图11示出了本发明第六实施例提供的检测线电压的方法的曲线示意图。由图10和图11可知，相应地进入最小LED驱动电流I_{LED_min}的线电压点V_{in_min}也会随之发生变化。

需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种线电压检测电路，应用于LED照明系统，其特征在于，包括：

线电压检测模块，用于基于整流器的输出信号来生成检测信号；

调制控制模块，其一输入端连接至所述线电压检测模块的输出端；

栅极驱动器，其输入端连接至所述调制控制模块的输出端；以及

第一晶体管，其栅极连接至所述栅极驱动器的输出端，其源极连接至所述调制控制模块的另一输入端，其漏极用于连接至开关电源架构的输出端；其中，所述调制控制模块用于：

在所述线电压从第一预设阈值开始下降直至达到第二预设阈值的过程中，使得LED驱动电流从正常工作模式下的LED驱动电流逐渐减小；

在所述线电压从所述第二预设阈值继续下降直至达到第三预设阈值的过程中，使得所述LED驱动电流维持在能够使得负载保持最低亮度的最小电流值；

当所述线电压达到所述第三预设阈值时，关断所述LED驱动电流；以及

在所述线电压从所述第三预设阈值上升至第四预设阈值的过程中，使得所述LED驱动电流从零变为所述最小电流值；并且

其中，所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值，所述第二预设阈值大于所述第三预设阈值，并且所述第四预设阈值大于所述第三预设阈值小于所述第二预设阈值。

2.根据权利要求1所述的线电压检测电路，其特征在于，所述调制控制模块包括脉冲宽度调制控制模块或者脉冲频率调制控制模块；并且

其中，所述脉冲宽度调制控制模块包括线性脉冲宽度调制控制模块或幂指数型脉冲宽度调制控制模块，所述脉冲频率调制控制模块包括线性脉冲频率调制控制模块或幂指数型脉冲频率调制控制模块。

3.根据权利要求2所述的线电压检测电路，其特征在于，所述线性脉冲宽度调制控制模块包括电阻、第一比较器和第一逻辑单元，所述电阻的两端均连接至所述线电压检测模块的输出端，所述电阻的一端连接至所述第一比较器的正端，所述第一比较器的负端用于连接至所述第一晶体管的源极，所述第一逻辑单元用于基于所述第一比较器的输出信号(OCP)和第一准谐振检测信号来生成第一调制控制信号。

4.根据权利要求2所述的线电压检测电路，其特征在于，所述幂指数型脉冲宽度调制控制模块包括第二晶体管、电容、第二比较器、与非门、与门、第三比较器和第二逻辑单元，所述第二晶体管的栅极用于接收第二准谐振检测信号，所述第二晶体管的漏极、所述电容的上极板和所述第二比较器的负端均连接至所述线电压检测模块的输出端，所述第二晶体管的源极和所述电容的下极板接地，所述第二比较器的正端用于接收基准电压，所述与非门用于对所述第二比较器的输出信号(M_T)和检测时间信号(T_dect)进行与非操作，所述与门用于对所述与非门的输出信号和所述第二准谐振检测信号进行与操作，所述第二逻辑单元用于基于所述与门的输出信号和所述第三比较器的输出信号来输出第二调制控制信号；

其中，所述第三比较器的输出信号是通过将正常工作模式下的过流保护阈值电压

与所述第一晶体管的源极电压进行比较而得到的。

5.一种线电压检测方法，应用于LED照明系统，其特征在于，包括：

监测所述线电压；

在所述线电压从第一预设阈值开始下降直至达到第二预设阈值的过程中，使得LED驱动电流从正常工作模式下的LED驱动电流逐渐减小；

在所述线电压从所述第二预设阈值继续下降直至达到第三预设阈值的过程中，使得所述LED驱动电流维持在能够使得负载保持最低亮度的最小电流值；

当所述线电压达到所述第三预设阈值时，关断所述LED驱动电流；以及

在所述线电压从所述第三预设阈值上升至第四预设阈值的过程中，使得所述LED驱动电流从零变为所述最小电流值；并且

其中，所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值，所述第二预设阈值大于所述第三预设阈值，并且所述第四预设阈值大于所述第三预设阈值小于所述第二预设阈值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述线电压从所述第二预设阈值继续下降直至达到零的过程中，使得所述LED驱动电流维持在能够使得负载保持最低亮度的最小电流值；

其中，所述负载为LED照明装置。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述线电压达到所述第二预设阈值时，关断所述LED驱动电流。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述使得LED驱动电流从正常工作模式下的LED驱动电流逐渐减小，包括：

使得所述LED驱动电流从正常工作模式下的LED驱动电流逐渐线性地减小；

或者

使得所述LED驱动电流从正常工作模式下的LED驱动电流逐渐幂指数地减小。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，若所述LED驱动电流从正常工作模式下的LED驱动电流逐渐线性地减小，则通过调整过流保护阈值电压来限制所述LED驱动电流。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，若所述LED驱动电流从正常工作模式下的LED驱动电流逐渐幂指数地减小，则通过调整第一晶体管的关断时间来限制所述LED驱动电流。

11.一种线电压检测系统，应用于LED照明系统，其特征在于，包括如权利要求1至4中任一项所述的线电压检测电路。

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