CN111356258B - 应用在发光二极管照明系统的调光电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种调光电路，应用于包含电源供应电路和照明装置的发光二极管照明系统。电源供应电路可提供交流电压，而照明装置耦接于电源供应电路。调光电路用来在交流电压的每一周期内根据调光信号来调整照明装置的亮度，其中调光电路的运作并非由照明装置所导通的泄流电流来维持。因此，本发明的调光电路可减少系统功耗和改善系统效能，且提供能应用在所有类型照明装置的高兼容性。

Description

应用在发光二极管照明系统的调光电路
技术领域
本发明涉及一种调光电路，尤其涉及一种应用在发光二极管照明系统的调光电路。
背景技术
可调光发光二极管(light emitting diode,LED)照明系统通常采用包含三端触发交流(TRIAC)组件的相差调光器(phase-cut dimmer)来调节发光二极管灯具的功率，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相差调光器。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流(bleeder)电路来提供电压管理所需的泄流电流，以及避免相差调光器过早地关闭。然而，由于发光二极管灯具需要持续导通以供应泄流电流，如此会增加系统功耗和降低系统效能。此外，发光二极管灯具和相差调光器的运作可能会彼此干扰而造成闪烁，尤其是在调光至低亮度的应用中。目前市面上贩卖有可调光式发光二极管灯具和不可调光式发光二极管灯具，使用者需挑选正确类型的发光二极管灯具以应用在可调光发光二极管照明系统或不可调光发光二极管照明系统。采用现有技术相差调光器的可调光发光二极管照明系统不应所述使用不可调光式发光二极管灯具，因为如此可能会造成明显闪烁。
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应用在发光二极管照明系统的调光电路。
为达到上述的目的，本发明公开一种应用于一发光二极管照明系统的调光电路，所述发光二极管照明系统包含提供一交流电压的一电源供应电路和由所述交流电压来驱动的一照明装置。所述调光电路用来在所述交流电压的每一周期内根据一调光信号来调整所述照明装置的亮度，其中所述调光电路的运作并非由所述照明装置所导通的一泄流电流来供应。
附图说明
图1为采用本发明实施例中调光电路的发光二极管照明系统的功能方块图。
图2为本发明实施例中应用在发光二极管照明系统的调光电路实作方式的示意图。
图3为本发明另一实施例中应用在发光二极管照明系统的调光电路实作方式的示意图。
图4为本发明实施例中图2所示调光电路运作时的示意图。
图5为本发明实施例中图3所示调光电路运作时的示意图。
图6为本发明另一实施例中应用在发光二极管照明系统的调光电路实作方式的示意图。
图7为本发明另一实施例中应用在发光二极管照明系统的调光电路实作方式的示意图。
其中，附图标记说明如下：
10 桥式整流器
20 零交叉侦测电路
30 时序电路
40 闸极驱动器
50 定电流调节器
60 交流/直流转换器
100 发光二极管照明系统
110 电源供应电路
120 调光电路
130 照明装置
SW1 开关
SW2 重设开关
R1、R2 电阻
COMP 比较器
Rv 可变电阻
C1 电容
VS 交流电压
VAC 整流交流电压
VSENSE 感测电压
VZC、VPC 参考电压
V1、V2 电压
VLED 跨压
ILED 电流
SDIM 调光信号
SGATE 致能信号
SRESET 重设信号
TON 开启时段
TPC 相切时段
具体实施方式
图1为采用本发明实施例中一调光电路120的一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包含一电源供应电路110和一照明装置130。电源供应电路110可提供一具正负周期的交流电压VS以驱动调光电路120。然而，电源供应电路110的结构并不限定本发明的范畴。
照明装置130可包含一个或多个发光二极管和一驱动器。照明装置130可为可调光式发光二极管灯具或不可调光式发光二极管灯具。然而，照明装置130的结构并不限定本发明的范畴。
调光电路120可根据一调光信号SDIM来调整照明装置130的亮度，其中调光信号SDIM可为一脉冲宽度调变(PWM)信号、一直流信号或一集成电路间(I2C)信号。调光电路120的运作包含将交流电压VS转换成其值随着时间而有周期性变化的整流交流电压VAC以驱动照明装置130、调整照明装置130上跨压VLED的相切周期的长度、调整跨压VLED的准位，或调整流经照明装置130的电流ILED。在本发明实施例中，由于调光电路120运作所需的电源是由电源供应电路110来供应，照明装置130并不需要持续导通以供应泄流电流。由于调光电路120的运作和照明装置130的运作彼此独立，本发明的调光电路120可应用在所有类型的照明装置，例如可调光式发光二极管灯具或不可调光式发光二极管灯具，因此具高兼容性。
图2和图3为本发明实施例中应用在发光二极管照明系统100的调光电路120实作方式的示意图。在此实施例中，调光电路120包含一桥式整流器10、一零交叉(zero-cross)侦测电路20、一时序电路30、一闸极驱动器40，以及一开关SW1。桥式整流器10可将交流电压AC转换成其值随时间变化的一整流交流电压VAC。零交叉侦测电路20可侦测整流交流电压VAC的一零交叉电位。时序电路30可根据调光信号SDIM来决定照明装置130上跨压VLED的相切周期长度。闸极驱动器40可根据跨压VLED的相切周期长度来输出一致能信号SGATE。开关SW1可根据致能信号SGATE来将整流交流电压VAC供应至照明装置130，或阻挡整流交流电压VAC供应至照明装置130。
在图2和图3所示的实施例中，零交叉侦测电路20包含电阻R1～R2和一比较器COMP。电阻R1～R2串联成一分压电路，用来侦测整流交流电压VAC的准位并提供相对应的一感测电压VSENSE。比较器COMP的正输入端耦接于一默认参考电压VZC，负输入端耦接于电阻R1和R2之间以接收感测电压VSENSE，而输出端用来输出一重设信号SRESET。在当相关整流交流电压VAC的感测电压VSENSE大于由参考电压VZC所定义的零交叉电位的周期内，比较器COMP会输出具第一准位的重设信号SRESET以启动时序电路30。在当相关整流交流电压VAC的感测电压VSENSE不大于由参考电压VZC所定义的零交叉电位的周期内，比较器COMP会输出具第二准位的重设信号SRESET以重设时序电路30。
在图2所示的实施例中，时序电路30包含一可变电阻Rv、一电容C1，以及一重设开关SW2，而闸极驱动器40可由比较器来实作。闸极驱动器40的正输入端耦接于可变电阻Rv和电容C1，负输入端耦接于一默认参考电压VPC，而输出端用来输出一致能信号SGATE。电容C1可透过可变电阻Rv由定电压V1来充电，进而提供一相对应的电压V2至闸极驱动器40的正输入端。当电压V2不大于相切参考电压VPC时，闸极驱动器40会输出具第三准位的致能信号SGATE，进而关闭开关SW1以阻挡整流交流电压VAC供应至照明装置130。当电压V2大于相切参考电压VPC时，闸极驱动器40会输出具第四准位的致能信号SGATE，进而开启开关SW1以将整流交流电压VAC供应至照明装置130。重设开关SW2的第一端耦接于电容C1的第一端，第二端耦接于电容C1的第二端，而控制端耦接以接收重设信号SRESET。如前所述，在当相关整流交流电压VAC的感测电压VSENSE不大于参考电压VZC的周期内，重设开关SW2会被具第一准位的重设信号SRESET所开启，进而分流电压V1以使电容C1能放电。在当相关整流交流电压VAC的感测电压VSENSE大于参考电压VZC的周期内，重设开关SW2会被具第二准位的重设信号SRESET所关闭，进而让电容C1能被定电压V1充电。
在图3所示的实施例中，时序电路30包含一可变电阻Rv、一电容C1，以及一重设开关SW2，而闸极驱动器40可由比较器来实作。闸极驱动器40的正输入端耦接于一默认参考电压VPC，负输入端耦接于可变电阻Rv和电容C1，而输出端用来输出一致能信号SGATE。电容C1可透过可变电阻Rv由定电压V1来充电，进而提供一相对应的电压V2至闸极驱动器40的负输入端。当电压V2不大于相切参考电压VPC时，闸极驱动器40会输出具第五准位的致能信号SGATE，进而开启开关SW1以将整流交流电压VAC供应至照明装置130。当电压V2大于相切参考电压VPC时，闸极驱动器40会输出具第六准位的致能信号SGATE，进而关闭开关SW1以阻挡整流交流电压VAC供应至照明装置130。重设开关SW2的第一端耦接于电容C1的第一端，第二端耦接于电容C1的第二端，而控制端耦接以接收重设信号SRESET。如前所述，在当相关整流交流电压VAC的感测电压VSENSE不大于参考电压VZC的周期内，重设开关SW2会被具第一准位的重设信号SRESET所开启，进而分流电压V1以使电容C1能放电。在当相关整流交流电压VAC的感测电压VSENSE大于参考电压VZC的周期内，重设开关SW2会被具第二准位的重设信号SRESET所关闭，进而让电容C1能被定电压V1充电。
在图2和图3所示的实施例中，调光电路120可缩减交流电压VS的相位以在一周期内的相切时段关闭照明装置130。更详细地说，照明装置130唯有在电压VLED周期中的开启时段TON才会被启动，而在电压VLED周期中的相切时段TPC则会被关闭。因此，透过调整相切时段TPC的长度即可达成调光运作。
图4为本发明实施例中图2所示调光电路120运作时的示意图。
图5为本发明实施例中图3所示调光电路120运作时的示意图。在图2和图4所示的实施例中，调光电路120可在整流交流电压VAC的波形上升边缘来进行相切调光运作。在图3和图5所示的实施例中，调光电路120可在整流交流电压VAC的波形下降边缘来进行相切调光运作。在发光二极管照明系统100中，相切时段TPC的长度可藉由调整可变电阻Rv的值来加以改变。
图6为本发明另一实施例中应用在发光二极管照明系统100的调光电路120实作方式的示意图。在此实施例中，调光电路120包含一桥式整流器10和一定电流调节器50。桥式整流器10可将交流电压VS转换成其值随时间变化的一整流交流电压VAC。定电流调节器50可将流经照明装置130的电流ILED限定在对应调光信号SDIMMER的值，其中调光信号SDIM可为一PWM信号、一直流信号或一I2C信号。因此，透过增加或减少调整流经照明装置130的电流ILED即可调整照明装置130的亮度，进而达成调光运作。在另一实施例中，调光电路120另包含一电容，并联于照明装置130以更进一步减少闪烁。在另一实施例中，调光电路120另包含一电容，并联于照明装置130中的发光装置(例如一个或多个发光二极管)以更进一步减少闪烁。
图7为本发明另一实施例中应用在发光二极管照明系统100的调光电路120实作方式的示意图。在此实施例中，调光电路120包含一交流/直流转换器60。交流/直流转换器60可将交流电压VS转换成多个直流电压中对应调光信号SDIMMER的一直流电压，其中调光信号SDIM可为一PWM信号、一直流信号或一I2C信号。因此，透过调节照明装置130的跨压VLED即可调整照明装置130的亮度，进而达成调光运作。在另一实施例中，调光电路120另包含一电容，并联于照明装置130以更进一步减少闪烁。在另一实施例中，调光电路120另包含一电容，并联于照明装置130中的发光装置(例如一个或多个发光二极管)以更进一步减少闪烁。
综上所述，本发明提供一种可应用在发光二极管照明系统的调光电路。本发明调光电路的运作和发光二极管照明系统中的照明装置的运作彼此独立，所以照明装置并不需要持续导通以供应泄流电流来维持调光运作。因此，本发明的调光电路可减少系统功耗和改善系统效能，且提供能应用在所有类型照明装置的高兼容性。
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 (9)

1.一种应用于一发光二极管照明系统的调光电路，其特征在于，所述发光二极管照明系统包含提供一交流电压的一电源供应电路和由所述交流电压来驱动的一照明装置，所述调光电路用来在所述交流电压的每一周期内根据一调光信号来调整所述照明装置的亮度，和调整所述照明装置上一跨压的一相切周期的长度来调整所述照明装置的亮度，其中所述照明装置在所述相切周期内呈关闭，且所述调光电路的运作并不需要由所述照明装置所导通的一泄流电流来维持，所述调光电路包含：
一桥式整流器，用来将所述交流电压转换成一整流交流电压；一零交叉侦测电路，用来侦测所述整流交流电压的一零交叉电位，且包含：
一第一电阻和一第二电阻，彼此串联于所述整流交流电压和一偏压之间；以及
一比较器，包含：
一正输入端，耦接于相关所述整流交流电压的所述零交叉电位的一第一参考电压；
一负输入端，耦接于所述第一电阻和所述第二电阻之间以接收一感测电压；以及
一输出端，用来输出一重设信号，所述重设信号的准位相关于所述感测电压和所述第一参考电压之间的关系；
一时序电路，用来根据所述调光信号来决定所述相切周期的长度，且包含：
一可变电阻；
一电容，其包含一第一端和一第二端；以及
一重设开关，其包含
一第一端，耦接于所述电容的所述第一端；
一第二端，耦接于所述电容的所述第二端；以及
一控制端，耦接以接收所述重设信号；
一闸极驱动器，用来根据所述相切周期的长度来输出一致能信号，且包含：
一第一输入端，透过所述可变电阻耦接于一第一电压；
一第二输入端，耦接于一第二参考电压；以及
一输出端，用来输出一致能信号，所述致能信号的准位相关于所述第二参考电压和所述闸极驱动器的所述第一输入端上一电压之间的关系；以及
一开关，用来根据所述致能信号来将所述整流交流电压供应至所述照明装置或阻挡所述整流交流电压供应至所述照明装置。
2.如权利要求1所述的调光电路，其特征在于，另包含一电容，并联于所述照明装置。
3.如权利要求1所述的调光电路，其特征在于，所述调光电路另用来根据所述调光信号来调整所述照明装置上所述跨压的准位，进而调整所述照明装置的亮度。
4.如权利要求3所述的调光电路，其特征在于，另包含一交流/直流转换器，用来将所述整流交流电压转换成多个直流电压中对应于所述调光信号的一直流电压。
5.如权利要求4所述的调光电路，其特征在于，另包含一电容，并联于所述照明装置。
6.如权利要求1所述的调光电路，其特征在于，另用来根据所述调光信号来调整流经所述照明装置的电流以调整所述照明装置的亮度。
7.如权利要求6所述的调光电路，其特征在于，另包含一定电流调节器，用来根据将流经所述照明装置的电流限定在对应所述调光信号的值。
8.如权利要求7所述的调光电路，其特征在于，另包含一电容，并联于所述照明装置。
9.如权利要求1所述的调光电路，其特征在于：
所述照明装置包含：
多个串联的发光装置；以及
一电流调节器，串联于所述多个发光装置；以及
所述调光电路包含一电容，并联于所述多个发光装置。
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