CN202488803U - Led驱动装置及其控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种LED驱动装置及其控制器。该控制器包括：调光信号产生电路，电耦接至可控硅调光器，根据交流切相电压产生调光信号，该调光信号的占空比受交流切相电压的导通角调节且与交流切相电压的导通角一一对应；调光信号处理电路，电耦接至调光信号产生电路，根据调光信号产生调光处理信号，该调光处理信号的占空比为调光信号的占空比与一预设占空比之和；以及开关控制电路，电耦接至调光信号处理电路，根据调光处理信号和与流过LED的电流相关的反馈信号产生控制信号，以控制开关变换器中开关管的导通与关断。
Description
技术领域
本实用新型的实施例涉及一种LED驱动装置，特别地，涉及适用于可控硅调光的LED驱动装置以及用于该驱动装置的控制器。
背景技术
如今，以LED(Light Emitting Diode，发光二极管)取代传统的灯泡已成为照明技术发展的一个主要趋势，然而如何使LED驱动装置与传统的可控硅调光器兼容是一个难题。传统的可控硅调光器是为纯阻性负载(诸如白炽灯和碘钨灯)设计的，其基本原理是通过调节三端双向可控硅开关管(TRIAC)的导通时间来控制交流电源向负载传递的能量，进而达到调光的目的。由于LED并不具有纯阻性负载特性，因而采用传统的可控硅调光器对LED进行调光很难达到良好的效果。
图1为典型的可控硅调光器的电路图，包括三端双向可控硅开关管TR1、电位器POT1、电容器C1、双向触发二极管D1以及电阻器R1和R2。电位器POT1、电容器C1以及电阻器R1和R2构成移相触发网络。当电容器C1两端的电压上升至双向触发二极管D1的转折电压(例如30V)时，双向触发二极管D1击穿。三端双向可控硅开关管TR1被触发导通，其两端的电压瞬间变为零，电容器C1通过电阻器R1、R2以及电位器POT1迅速放电。三端双向可控硅开关管TR1一旦被触发导通，将持续导通至交流输入电压Vac过零或流过三端双向可控硅开关管TR1的电流小于维持电流时方会关断。
调节电位器POT1可改变电容器C1的充电时间常数，从而改变传递至负载的电压——交流切相电压Vtr的导通角。该导通角对应于三端双向可控硅开关管TR1在一个供电周期内的导通时间。在电位器POT1调节到最大值时，电位器POT1相当于开路，电阻器R1与R2串联，此时交流切相电压Vtr达到其最小导通角。在电位器POT1调节到零电阻时，电位器POT1相当于短路，此时交流切相电压Vtr达到其最大导通角。
图2为现有的LED驱动装置的电路图。可控硅调光器接收来自交流电源的交流输入电压Vac(通常为110V-220V)，并输出导通角受控的交流切相电压Vtr。整流桥将交流切相电压Vtr转换为直流切相电压Vbus。包括开关管S1、变压器T1和二极管D2的反激变换器接收直流切相电压Vbus，并将其转换为驱动信号以驱动LED灯串。比较器COM1将代表直流切相电压Vbus的电压采样信号Vsense1与阈值Vth1进行比较，并产生调光信号DIM。误差放大器EA将调光信号DIM和代表流过LED电流的反馈信号FB进行比较，并产生补偿信号COMP。逻辑电路根据补偿信号COMP产生控制信号CTRL以控制开关管S1的导通与关断。
图3为图2所示LED驱动装置的波形图。当电压采样信号Vsense1大于阈值Vth1时，调光信号DIM的值等于VH(VH＞0)；当电压采样信号Vsense1小于阈值Vth1时，调光信号DIM的值等于0。在误差放大器EA和逻辑电路的作用下，反馈信号FB跟随调光信号DIM的平均值，被调节至D*VH，其中D为调光信号DIM的占空比，与直流切相电压Vbus的导通角一一对应。
由图1可知，在电位器POT1阻值相同的情况下，对不同的交流输入电压Vac而言，电容器C1两端的电压上升到双向触发二极管D1的转折电压所需的时间不同，即交流切相电压Vtr的导通角不同。因此，图2所示的LED驱动装置在不同的交流输入电压Vac下，LED的最大亮度和/或最小亮度不同。
此外，对于不同的可控硅调光器，由于其内部参数的制作差异，即使在相同的交流输入电压Vac下，LED的最大亮度和/或最小亮度也不同。
而且，由于电阻器R1的存在，交流切相电压Vtr的导通角不会等于零，使得LED不能被调节至完全熄灭。在高交流输入电压Vac的情况下，LED亮度的调节范围十分有限。
不仅如此，图2所示LED驱动装置的输入调整率也不佳。在不使用可控硅调光器时(此时交流切相电压Vtr等于交流输入电压Vac)，在不同的交流输入电压Vac下，直流切相电压Vbus达到阈值Vth1的时刻不同，导致调光信号DIM的占空比D不同，因而LED的亮度也不同。
实用新型内容
考虑到现有技术中的一个问题或者多个问题，提出了一种LED驱动装置及其控制器。
依据本实用新型实施例提出的一种用于LED驱动装置的控制器，该LED驱动装置包括可控硅调光器、整流桥和开关变换器，可控硅调光器接收交流输入电压并产生导通角受控的交流切相电压，整流桥电耦接至可控硅调光器，对交流切相电压进行整流并产生直流切相电压，开关变换器电耦接至整流桥，包括至少一个开关管，通过该至少一个开关管的导通与关断将直流切相电压转换为驱动信号以驱动LED，其特征在于，该控制电路包括：调光信号产生电路，其输入端电耦接至可控硅调光器的输出端，其输出端提供调光信号，该调光信号的占空比受交流切相电压的导通角调节且与交流切相电压的导通角一一对应；调光信号处理电路，其输入端电耦接至调光信号产生电路的输出端以接收调光信号，其输出端提供调光处理信号，该调光处理信号的占空比等于调光信号的占空比与一预设占空比之和；以及开关控制电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端电耦接至调光信号处理电路的输出端以接收调光处理信号，第二输入端接收与流过LED的电流相关的反馈信号，输出端提供控制信号至开关变换器，以控制开关变换器中开关管的导通与关断。
在一个实施例中，所述调光信号产生电路包括：第一比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收代表直流切相电压的电压采样信号，第二输入端接收第一阈值，输出端提供调光信号。
在一个实施例中，所述调光信号处理电路包括：第一非门，其输入端电耦接至调光信号产生电路的输出端以接收调光信号；单触发电路，其输入端电耦接至第一非门的输出端；第一电流源；电容器，具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至第一电流源，第二端接地；第二开关管，与电容器并联，其门极电耦接至单触发电路的输出端；比较器，其同相输入端电耦接至电容器的第一端，反相输入端接收第二阈值；以及触发器，其置位端电耦接至调光信号产生电路的输出端以接收调光信号，复位端电耦接至比较器的输出端，输出端提供调光处理信号。
在一个实施例中，所述调光信号处理电路还包括：延时电路，其输入端电耦接至单触发电路的输出端，其输出端电耦接至第二开关管的门极；采样保持电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端电耦接至单触发电路的输出端，第二输入端电耦接至电容器的第一端，输出端提供与电容器两端电压的峰值相对应的采样保持信号；以及分压电路，其输入端电耦接至采样保持电路的输出端以接收采样保持信号，输出端电耦接至比较器的反相输入端以提供第二阈值。
在一个实施例中，该控制器还包括：参考信号产生电路，其输入端电耦接至调光信号处理电路的输出端以接收调光处理信号，输出端电耦接至开关控制电路的第一输入端以提供参考信号，其中该参考信号的平均值等于调光处理信号占空比与第一常数的乘积和第二常数之差，第一常数大于第二常数；其中开关控制电路根据参考信号和反馈信号，产生控制信号。
在一个实施例中，所述参考信号产生电路包括：第三开关管，包括第一端、第二端和门极，其中第一端接收第一电压，门极电耦接至调光信号处理电路的输出端以接收调光处理信号；第二非门，其输入端电耦接至调光信号处理电路的输出端以接收调光处理信号；以及第四开关管，包括第一端、第二端和门极，其中第一端与第三开关管的第二端电耦接在一起以提供参考信号，第二端接收第二电压，门极电耦接至第二非门的输出端；其中第一电压为正电压，第二电压为负电压。
在一个实施例中，所述开关控制电路包括：误差放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端电耦接至参考信号产生电路的输出端以接收参考信号，第二输入端接收反馈信号，输出端提供补偿信号；以及逻辑电路，其输入端电耦接至误差放大器的输出端以接收补偿信号，输出端提供控制信号。
在一个实施例中，所述开关控制电路还包括：第三电流源，电耦接在误差放大器的第二输入端和地之间，其电流值受反馈信号控制；所述参考信号产生电路包括：第二电流源，具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至误差放大器的第二输入端；第五开关管，具有第一端、第二端和门极，其中第一端电耦接至第二电流源的第二端，第二端接地；第三非门，其输入端电耦接至调光信号处理电路的输出端以接收调光处理信号，输出端电耦接至第五开关管的门极；以及第四电流源，电耦接至误差放大器的第一输入端；其中第二电流源的电流值大于第四电流源的电流值。
依据本实用新型实施例提出的一种LED驱动装置，其特征在于，包括：如前所述的用于LED驱动装置的控制器。
依据本实用新型实施例提出的一种用于LED驱动装置的控制器，该LED驱动装置包括可控硅调光器、整流桥和开关变换器，可控硅调光器接收交流输入电压并产生导通角受控的交流切相电压，整流桥电耦接至可控硅调光器，对交流切相电压进行整流并产生直流切相电压，开关变换器电耦接至整流桥，包括至少一个开关管，通过该至少一个开关管的导通与关断将直流切相电压转换为驱动信号以驱动LED，其特征在于，该控制电路包括：调光信号产生电路，其输入端电耦接至可控硅调光器的输出端，其输出端提供调光信号，该调光信号的占空比受交流切相电压的导通角调节且与交流切相电压的导通角一一对应；参考信号产生电路，其输入端电耦接至调光信号产生电路的输出端以接收调光信号，输出端提供参考信号，其中该参考信号的平均值等于调光信号的占空比与第一常数的乘积和第二常数之差，第一常数大于第二常数；以及开关控制电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端电耦接至参考信号产生电路的输出端以接收参考信号，第二输入端接收与流过LED的电流相关的反馈信号，输出端提供控制信号至开关变换器，以控制开关变换器中开关管的导通与关断。
在一个实施例中，所述参考信号产生电路包括：第三开关管，包括第一端、第二端和门极，其中第一端接收第一电压，门极电耦接至调光信号产生电路的输出端以接收调光信号；第二非门，其输入端电耦接至调光信号产生电路的输出端以接收调光信号；以及第四开关管，包括第一端、第二端和门极，其中第一端与第三开关管的第二端电耦接在一起以提供参考信号，第二端接收第二电压，门极电耦接至第二非门的输出端；其中第一电压为正电压，第二电压为负电压。
在一个实施例中，所述开关控制电路包括：误差放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端电耦接至参考信号产生电路的输出端以接收参考信号，第二输入端接收反馈信号，输出端提供补偿信号；以及逻辑电路，其输入端电耦接至误差放大器的输出端以接收补偿信号，输出端提供控制信号。
在一个实施例中，所述开关控制电路还包括：第三电流源，电耦接在误差放大器的第二输入端和地之间，其电流值受反馈信号控制；所述参考信号产生电路包括：第二电流源，具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至误差放大器的第二输入端；第五开关管，具有第一端、第二端和门极，其中第一端电耦接至第二电流源的第二端，第二端接地；第三非门，其输入端电耦接至调光信号产生电路的输出端以接收调光信号，输出端电耦接至第五开关管的门极；以及第四电流源，电耦接至误差放大器的第一输入端；其中第二电流源的电流值大于第四电流源的电流值。
附图说明
图1为典型的双向可控硅调光器的电路图；
图2为现有的LED驱动装置的电路图；
图3为图2所示LED驱动装置的波形图；
图4为根据本实用新型一实施例的LED驱动装置的示意性框图；
图5为根据本实用新型一实施例的图4所示LED驱动装置的调光曲线图；
图6为根据本实用新型一实施例的LED驱动装置的示意性电路图；
图7为根据本实用新型一实施例的调光信号处理电路的示意性电路图；
图8为根据本实用新型一实施例的图7所示调光信号处理电路的波形图；
图9为根据本实用新型一实施例的LED驱动装置的示意性电路图；
图10A和10B为根据本实用新型一实施例的图9所示LED驱动装置的波形图；
图11为根据本实用新型另一实施例的LED驱动装置的示意性电路图。
具体实施方式
下面将详细描述本实用新型的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本实用新型。在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本实用新型。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本实用新型至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“连接到”或“耦接到”另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
图4为根据本实用新型一实施例的LED驱动装置的示意性框图，包括可控硅调光器401、整流桥402、开关变换器403、反馈电路408和用于LED驱动装置的控制器。该控制器包括调光信号产生电路404、调光信号处理电路405和开关控制电路407。可控硅调光器401接收交流输入电压Vac，产生导通角受控的交流切相电压Vtr。整流桥402电耦接至可控硅调光器401，对交流切相电压Vtr进行整流，产生直流切相电压Vbus。开关变换器403电耦接至整流桥402，包括至少一个开关管。开关变换器403通过该至少一个开关管的导通与关断将直流切相电压Vbus转换为驱动信号以驱动LED。开关变换器403可以采用升降压电路、降压电路、反激电路等直流/直流拓扑结构，其中的开关管可以是任何可控半导体开关器件，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。
反馈电路408电耦接或磁耦接至开关变换器403，产生与流过LED的电流相关的反馈信号FB。在一个实施例中，反馈电路408包括串联耦接至LED的采样电阻器。
调光信号产生电路404的输入端电耦接至可控硅调光器401的输出端，调光信号产生电路404的输出端提供调光信号DIM。该调光信号DIM的占空比受交流切相电压Vtr的导通角调节，并与交流切相电压Vtr的导通角一一对应。在一个实施例中，调光信号产生电路404包括第一比较电路，该第一比较电路将代表直流切相电压Vbus的电压采样信号与第一阈值进行比较，以产生调光信号DIM。在另一个实施例中，调光信号产生电路404通过整流电路将交流切相电压Vac转换为第二直流切相电压，并将该第二直流切相电压与一阈值进行比较，以产生调光信号DIM。在又一个实施例中，调光信号产生电路404将交流切相电压Vtr与两阈值进行比较，以产生调光信号，其中该两个阈值符号相反而绝对值相同。
调光信号处理电路405的输入端电耦接至调光信号产生电路404的输出端以接收调光信号DIM，调光信号处理电路405的输出端提供调光处理信号PRO。该调光处理信号PRO的占空比等于调光信号DIM的占空比D与预设占空比D1之和。开关控制电路407具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端电耦接至调光信号处理电路405的输出端以接收调光处理信号PRO，第二输入端电耦接至反馈电路408以接收反馈信号FB，输出端提供控制信号CTRL至开关变换器403，以控制开关变换器403中开关管的导通与关断。
预设占空比D1的值一般选取为略大于1-Dmax，其中Dmax为占空比D的额定最大值。在一个实施例中，Dmax等于80％，D1等于25％。由于调光处理信号PRO的占空比等于调光信号DIM的占空比D与预设占空比D1之和，当调光信号DIM的占空比D大于或等于1-D1时，调光处理信号PRO的占空比均为1，使得LED在不同条件下的最大亮度均相同。
在一个实施例中，控制器还可以包括参考信号产生电路406。参考信号产生电路406的输入端电耦接至调光信号处理电路405的输出端以接收调光处理信号PRO，参考信号产生电路406的输出端电耦接至开关控制电路407的第一输入端以提供参考信号REF。参考信号REF的平均值等于调光处理信号PRO的占空比与常数K1的乘积和常数K2之差，其中K1、K2均为正数且K1大于K2，即参考信号REF的平均值等于K1*(D+D1)-K2。开关控制电路407根据参考信号REF和反馈信号FB，产生控制信号CTRL。常数K1和K2的值一般选取为使K2/K1略大于D1+Dmin，其中Dmin为占空比的额定最小值。
在一个实施例中，参考信号REF为交流脉冲信号，其占空比等于调光处理信号PRO的占空比，参考信号REF在高电平时段为正，在低电平时段为负。在另一个实施例中，参考信号REF为直流脉冲信号，其占空比等于K1*(D+D1)-K2。在一个实施例中，调光信号DIM的占空比D被转换为数字信号，调光信号处理电路405和参考信号产生电路406由数字信号处理电路通过运行相关程序来实现。
在一个实施例中，开关控制电路407将参考信号REF滤波为直流电平信号，然后将该直流电平信号与三角波比较，并用该比较产生的信号对LED进行PWM调光。在另一个实施例中，开关控制电路407将参考信号REF和反馈信号FB进行比较，产生补偿信号，并根据该补偿信号产生控制信号CTRL。开关控制电路407可采用准谐振控制、定频峰值电流控制、恒定导通时间控制、关断时间控制等控制方式。开关控制电路407还可具有功率因数校正功能。
图5为根据本实用新型一实施例的图4所示LED驱动装置的调光曲线图。当调光信号DIM的占空比D大于或等于1-D1时，调光处理信号PRO的占空比等于1，流过LED的电流等于I1，LED达到其最大亮度。当调光信号DIM的占空比D小于或等于K2/K1-D1时，参考信号REF的平均值等于零，流过LED的电流等于0，LED熄灭。
尽管在不同的交流输入电压Vac下或采用不同的可控硅调光器时，交流切相电压Vtr的最大导通角不同，但其对应的调光处理信号PRO的占空比均为1，因而LED的最大亮度相同。同理，尽管交流切相电压Vtr的最小导通角在不同条件下不同，但其对应的参考信号REF的平均值均为0，因而LED的最小亮度相同。由于LED的最小亮度为0，LED的亮度调节范围得到了很大的扩展。
此外，图4所示LED驱动装置的输入调整率很好。在不使用可控硅调光器时，在不同的交流输入电压Vac下，虽然调光信号DIM的占空比不同，但由于其对应的调光处理信号PRO的占空比均为1，因而LED的亮度相同。
图6为根据本实用新型一实施例的LED驱动装置的电路图，包括可控硅调光器601、整流桥602、开关变换器、调光信号产生电路604、调光信号处理电路605、参考信号产生电路606、开关控制电路607、反馈电路608和电压采样电路609。开关变换器采用反激拓扑结构，包括变压器T1、开关管S1和二极管D2。二极管D2也可采用同步开关管来代替。电压采样电路609电耦接至整流桥602的输出端，采样直流切相电压Vbus并产生电压采样信号Vsense1。在一个实施例中，电压采样电路609包括电阻分压器。
调光信号产生电路604包括比较器COM1。比较器COM1的同相输入端电耦接至电压采样电路609以接收电压采样信号Vsense1，反相输入端接收阈值Vth1，输出端提供调光信号DIM。开关控制电路607包括误差放大器EA和逻辑电路610。误差放大器EA的同相输入端电耦接至参考信号产生电路606的输出端以接收参考信号REF，反相输入端电耦接至反馈电路608以接收反馈信号FB，输出端提供补偿信号COMP。误差放大器EA可为运算放大器或跨导放大器。逻辑电路610的输入端电耦接至误差放大器EA的输出端以接收补偿信号COMP，输出端提供控制信号CTRL以控制开关管S1的导通与关断。在一个实施例中，在参考信号产生电路606和误差放大器EA之间还电耦接有滤波电路。
图7为根据本实用新型一实施例的调光信号处理电路705的示意性电路图。调光信号处理电路705包括非门NOT1、单触发电路711、电流源I1、电容器C2、开关管S2、比较器COM2和触发器FF1。非门NOT1的输入端电耦接至调光信号产生电路的输出端以接收调光信号DIM。单触发电路711的输入端电耦接至非门NOT1的输出端。电容器C2具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至电流源I1，第二端接地。开关管S2与电容器C2并联，其门极电耦接至单触发电路711的输出端。比较器COM2的同相输入端电耦接至电容器C2的第一端，反相输入端接收阈值Vth2。触发器FF1的置位端电耦接至调光信号产生电路的输出端以接收调光信号DIM，复位端电耦接至比较器COM2的输出端，输出端提供调光处理信号PRO。
在一个实施例中，调光信号处理电路705还可以包括延时电路712、采样保持电路713和分压电路714。采样保持电路713具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端电耦接至单触发电路711的输出端，第二输入端电耦接至电容器C2的第一端，输出端提供与电容器C2两端电压的峰值相对应的采样保持信号PEAK。延时电路712的输入端电耦接至单触发电路711的输出端，输出端电耦接至开关管S2的门极，以确保采样保持电路713能准确及时地采样到电容器C2两端电压的峰值。分压电路714的输入端电耦接至采样保持电路713的输出端以接收采样保持信号PEAK，输出端电耦接至比较器COM2的反相输入端以提供阈值Vth2。
在一个实施例中，分压电路714为电阻分压器，包括串联连接的电阻器R3和R4。通过调节分压电路714的分压比，可以调节预设占空比D1。在一个实施例中，电阻器R3的阻值为电阻器R4阻值的3倍，即Vth2＝PEAK/4，则预设占空比D1等于25％。
图8为根据本实用新型一实施例的图7所示电路的波形图。当可控硅调光器中的三端双向可控硅开关管导通，调光信号DIM由低电平变为高电平，触发器FF1被置位。调光处理信号PRO由低电平变为高电平。当交流输入电压Vac过零或流过三端双向可控硅开关管的电流小于维持电流时，三端双向可控硅开关管关断，调光信号DIM由高电平变为低电平。单触发电路711被触发，并产生一脉冲信号。该脉冲信号触发采样保持电路713，使采样保持电路713对电容器C2两端的电压VC进行采样和保持。分压电路714对采样保持信号PEAK进行分压，产生阈值Vth2。单触发电路711产生的脉冲信号还通过延时电路712被传送至开关管S2的门极，使开关管S2导通一预设时间，以将电容器C2两端的电压VC放电至零。此后开关管S2关断，电流源I1对电容器C2进行充电，电容器C2两端的电压VC持续增大。当电压VC增大至大于或大于等于阈值Vth2时，触发器FF1被复位，调光处理信号PRO由高电平变为低电平。
图9为根据本实用新型一实施例的LED驱动装置的电路图，包括可控硅调光器901、整流桥902、开关变换器、调光信号产生电路904、调光信号处理电路905、参考信号产生电路906、开关控制电路、反馈电路、电压采样电路909、电流采样电路917和开关电压采样电路918。开关变换器采用反激拓扑结构，包括变压器T1、开关管S1和二极管D2。变压器T1具有初级绕组、次级绕组和辅助绕组，开关管S1为NMOS(n型MOSFET)。
参考信号产生电路906包括开关管S3、S4和非门NOT2。开关管S3包括第一端、第二端和门极，其中第一端接收正电压VH(VH＞0)，门极电耦接至调光信号处理电路905的输出端以接收调光处理信号PRO。非门NOT2的输入端电耦接至调光信号处理电路905的输出端以接收调光处理信号PRO。开关管S4包括第一端、第二端和门极，其中第一端与开关管S3的第二端电耦接在一起以提供参考信号REF，第二端接收负电压VL(VL＜0)，门极电耦接至非门NOT2的输出端。
参考信号REF为交流脉冲信号，其占空比等于调光处理信号PRO的占空比D+D1，参考信号REF在高电平时段等于正电压VH，在低电平时段等于负电压VL。参考信号REF的平均值等于VH*(D+D1)+VL*(1-D-D1)，即常数K1＝VH-VL，K2＝-VL。
电流采样电路917采样流过开关管S1的电流，并产生电流采样信号Isense。在一个实施例中，电流采样电路917包括电耦接在开关管S1的源极和地之间的采样电阻器。
开关电压采样电路918采样开关管S1的端电压，并产生与该电压相关的开关电压采样信号Vsense2。在一个实施例中，开关电压采样电路918包括电耦接至变压器T1辅助绕组的电阻分压电路。
开关控制电路包括误差放大器EA和逻辑电路910。误差放大器EA为运算放大器。逻辑电路910包括乘法电路915、触发器FF2以及比较器COM3、COM4。乘法电路915电耦接至误差放大器EA和电压采样电路909，将补偿信号COMP和电压采样信号Vsene1相乘，产生乘积信号MULO。比较器COM3电耦接至乘法电路915和电流采样电路917，将乘积信号MULO与电流采样信号Isense进行比较。比较器COM4电耦接至开关电压采样电路918，将开关电压采样信号Vsense2与阈值Vth3进行比较。触发器FF2的复位端电耦接至比较器COM3的输出端，置位端电耦接至比较器COM4的输出端，输出端电耦接至开关管S1的栅极。
当开关管S1导通时，变压器T1存储能量，流过开关管S1的电流逐渐增大，电流采样信号Isense也逐渐增大。当电流采样信号Isense增大至大于或等于乘积信号MULO时，比较器COM3输出高电平，将触发器FF2复位，从而使开关管S1关断。
在开关管S1关断时，变压器T1中存储的能量被传送至负载——LED。在变压器T1中存储的能量被全部传送至负载后，变压器T1的励磁电感和开关管S1的寄生电容产生谐振。当开关管S1的端电压谐振至谷底，使开关电压采样信号Vsense2减小至小于或等于阈值Vth3时，比较器COM4输出高电平，将触发器FF2置位，从而使开关管S1导通。
在一个实施例中，反馈电路包括输出电流估算电路916。输出电流估算电路916电耦接至电流采样电路917和逻辑电路910，接收电流采样信号Isense和控制信号CTRL，产生代表流过LED电流的输出电流估算信号，并将其作为反馈信号FB提供至误差放大器EA。
图10A和10B为根据本实用新型一实施例的图9所示LED驱动装置的波形图。在图10A中，直流切相电压Vbus的导通角和调光信号DIM的占空比D较小(D+D1＜1)，参考信号REF的占空比等于D+D1。反馈信号FB被调节至参考信号REF的平均值，等于VH*(D+D1)+VL*(1-D-D1)。
在图10B中，直流切相电压Vbus的导通角和调光信号DIM的占空比D较大(D+D1＞1)，参考信号REF的占空比等于1。反馈信号FB被调节至参考信号REF的平均值，等于VH。由此可知，只要调光信号DIM的占空比D大于1-D1，LED的亮度均相同。
此外，当调光信号DIM的占空比D小于或等于-VL/(VH-VL)-D1时，参考信号REF的平均值等于0，LED的亮度被调节至0。
图11为根据本实用新型另一实施例的LED驱动装置的电路图。与图9所示LED驱动装置相比，开关控制电路1107还包括电流源I3。电流源I3电耦接在误差放大器EA的反相输入端和地之间，其电流值受反馈信号FB控制。参考信号产生电路1106包括非门NOT3、开关管S5以及电流源I2和I4。电流源I2具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至误差放大器EA的反相输入端。开关管S5具有第一端、第二端和门极，其中第一端电耦接至电流源I2的第二端，第二端接地。非门NOT3的输入端电耦接至调光信号处理电路1105的输出端以接收调光处理信号PRO，输出端电耦接至开关管S5的门极。电流源I4电耦接至误差放大器EA的同相输入端。电流源I2的电流值大于电流源I4的电流值。
误差放大器EA为跨导放大器，将流入其同相输入端的电流I4与流出其反相输入端电流的平均值I3+I2*(1-D-D1)调节至相等，即将反馈信号FB对应的电流值I3调节至I4-I2*(1-D-D1)。对应至前述参考信号REF平均值的公式，K1*(D+D1)-K2，可知，K1＝I2，K2＝I2-I4。在一个实施例中，I2＝31uA，I4＝25uA。
在前述的实施例中，调光信号处理电路并非必需，参考信号产生电路可直接电耦接至调光信号产生电路，根据调光信号DIM产生参考信号REF，参考信号REF的平均值等于K1*D-K2。开关控制电路根据参考信号REF和反馈信号FB，产生控制信号CTRL。
虽然已参照几个典型实施例描述了本实用新型，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (13)
1.一种用于LED驱动装置的控制器，该LED驱动装置包括可控硅调光器、整流桥和开关变换器，可控硅调光器接收交流输入电压并产生导通角受控的交流切相电压，整流桥电耦接至可控硅调光器，对交流切相电压进行整流并产生直流切相电压，开关变换器电耦接至整流桥，包括至少一个开关管，通过该至少一个开关管的导通与关断将直流切相电压转换为驱动信号以驱动LED，其特征在于，该控制电路包括：
调光信号产生电路，其输入端电耦接至可控硅调光器的输出端，其输出端提供调光信号，该调光信号的占空比受交流切相电压的导通角调节且与交流切相电压的导通角一一对应；
调光信号处理电路，其输入端电耦接至调光信号产生电路的输出端以接收调光信号，其输出端提供调光处理信号，该调光处理信号的占空比等于调光信号的占空比与一预设占空比之和；以及
开关控制电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端电耦接至调光信号处理电路的输出端以接收调光处理信号，第二输入端接收与流过LED的电流相关的反馈信号，输出端提供控制信号至开关变换器，以控制开关变换器中开关管的导通与关断。
2.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述调光信号产生电路包括：
第一比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收代表直流切相电压的电压采样信号，第二输入端接收第一阈值，输出端提供调光信号。
3.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述调光信号处理电路包括：
第一非门，其输入端电耦接至调光信号产生电路的输出端以接收调光信号；
单触发电路，其输入端电耦接至第一非门的输出端；
第一电流源；
电容器，具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至第一电流源，第 二端接地；
第二开关管，与电容器并联，其门极电耦接至单触发电路的输出端；
比较器，其同相输入端电耦接至电容器的第一端，反相输入端接收第二阈值；以及
触发器，其置位端电耦接至调光信号产生电路的输出端以接收调光信号，复位端电耦接至比较器的输出端，输出端提供调光处理信号。
4.如权利要求3所述的控制器，其特征在于，所述调光信号处理电路还包括：
延时电路，其输入端电耦接至单触发电路的输出端，其输出端电耦接至第二开关管的门极；
采样保持电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端电耦接至单触发电路的输出端，第二输入端电耦接至电容器的第一端，输出端提供与电容器两端电压的峰值相对应的采样保持信号；以及
分压电路，其输入端电耦接至采样保持电路的输出端以接收采样保持信号，输出端电耦接至比较器的反相输入端以提供第二阈值。
5.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，还包括：
参考信号产生电路，其输入端电耦接至调光信号处理电路的输出端以接收调光处理信号，输出端电耦接至开关控制电路的第一输入端以提供参考信号，其中该参考信号的平均值等于调光处理信号占空比与第一常数的乘积和第二常数之差，第一常数大于第二常数；其中
开关控制电路根据参考信号和反馈信号，产生控制信号。
6.如权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述参考信号产生电路包括：
第三开关管，包括第一端、第二端和门极，其中第一端接收第一电压，门极电耦接至调光信号处理电路的输出端以接收调光处理信号；
第二非门，其输入端电耦接至调光信号处理电路的输出端以接收调光处理信号；以及
第四开关管，包括第一端、第二端和门极，其中第一端与第三开关管的第二端电耦接在一起以提供参考信号，第二端接收第二电压，门极电耦接至第二非门的输出端；其中
第一电压为正电压，第二电压为负电压。
7.如权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述开关控制电路包括：
误差放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端电耦接至参考信号产生电路的输出端以接收参考信号，第二输入端接收反馈信号，输出端提供补偿信号；以及
逻辑电路，其输入端电耦接至误差放大器的输出端以接收补偿信号，输出端提供控制信号。
8.如权利要求7所述的控制器，其特征在于，所述开关控制电路还包括：
第三电流源，电耦接在误差放大器的第二输入端和地之间，其电流值受反馈信号控制；
所述参考信号产生电路包括：
第二电流源，具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至误差放大器的第二输入端；
第五开关管，具有第一端、第二端和门极，其中第一端电耦接至第二电流源的第二端，第二端接地；
第三非门，其输入端电耦接至调光信号处理电路的输出端以接收调光处理信号，输出端电耦接至第五开关管的门极；以及
第四电流源，电耦接至误差放大器的第一输入端；其中
第二电流源的电流值大于第四电流源的电流值。
9.一种LED驱动装置，其特征在于，包括：
如权利要求1至8中任一项所述的用于LED驱动装置的控制器。
10.一种用于LED驱动装置的控制器，该LED驱动装置包括可控硅调光器、整流桥和开关变换器，可控硅调光器接收交流输入电压并产生导通角受控的交流切相电压，整流桥电耦接至可控硅调光器，对交流切相电压进行整流并产生直流切相电压，开关变换器电耦接至整流桥，包括至少一个开关管，通过该至少一个开关管的导通与关断将直流切相电压转换为驱动信号以驱动LED，其特征在于，该控制电路包括：
调光信号产生电路，其输入端电耦接至可控硅调光器的输出端，其输出端提供调光信号，该调光信号的占空比受交流切相电压的导通角调节且与交流切相电压的导通角一一对应；
参考信号产生电路，其输入端电耦接至调光信号产生电路的输出端以 接收调光信号，输出端提供参考信号，其中该参考信号的平均值等于调光信号的占空比与第一常数的乘积和第二常数之差，第一常数大于第二常数；以及
开关控制电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端电耦接至参考信号产生电路的输出端以接收参考信号，第二输入端接收与流过LED的电流相关的反馈信号，输出端提供控制信号至开关变换器，以控制开关变换器中开关管的导通与关断。
11.如权利要求10所述的控制器，其特征在于，所述参考信号产生电路包括：
第三开关管，包括第一端、第二端和门极，其中第一端接收第一电压，门极电耦接至调光信号产生电路的输出端以接收调光信号；
第二非门，其输入端电耦接至调光信号产生电路的输出端以接收调光信号；以及
第四开关管，包括第一端、第二端和门极，其中第一端与第三开关管的第二端电耦接在一起以提供参考信号，第二端接收第二电压，门极电耦接至第二非门的输出端；其中
第一电压为正电压，第二电压为负电压。
12.如权利要求10所述的控制器，其特征在于，所述开关控制电路包括：
误差放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端电耦接至参考信号产生电路的输出端以接收参考信号，第二输入端接收反馈信号，输出端提供补偿信号；以及
逻辑电路，其输入端电耦接至误差放大器的输出端以接收补偿信号，输出端提供控制信号。
13.如权利要求12所述的控制器，其特征在于，所述开关控制电路还包括：
第三电流源，电耦接在误差放大器的第二输入端和地之间，其电流值受反馈信号控制；
所述参考信号产生电路包括：
第二电流源，具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至误差放大器的第二输入端；
第五开关管，具有第一端、第二端和门极，其中第一端电耦接至第二电流源的第二端，第二端接地；
第三非门，其输入端电耦接至调光信号产生电路的输出端以接收调光信号，输出端电耦接至第五开关管的门极；以及
第四电流源，电耦接至误差放大器的第一输入端；其中
第二电流源的电流值大于第四电流源的电流值。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20121010 Termination date: 20161215 |