CN202652596U

CN202652596U - 用于控制一个或更多个发光二极管的调光级别的电路

Info

Publication number: CN202652596U
Application number: CN2011205033431U
Authority: CN
Inventors: 安东尼奥·R·索列诺
Original assignee: Astec International Ltd
Current assignee: Astec International Ltd
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2021-12-06
Also published as: CN102573217A; WO2012076953A2; WO2012076953A3; US20120139442A1

Abstract

一种用于控制一个或更多个发光二极管的调光级别的电路，所述电路包括：整流器，整流器用于将具有脉冲宽度的切相交流调光信号转换成具有脉冲宽度和频率的经整流的切相调光信号；相位检测器，相位检测器被配置成生成具有分别与经整流的切相调光信号的脉冲宽度和频率对应的占空比和频率的脉冲宽度调制信号；以及功率转换器，功率转换器响应于由相位检测器生成的脉冲宽度调制信号来控制功率转换器的输出电流或电压还公开了一种用于实施此方法的示例电路及可替代的方法。

Description

用于控制一个或更多个发光二极管的调光级别的电路

技术领域

本公开涉及一种用于控制一个或更多个发光二极管的调光级别的电路。

背景技术

本部分提供与本公开相关的背景信息，这些信息未必是现有技术。

用于白炽灯照明的许多控制电路使用切相调光，其中，交流（AC）线电压的前沿或后沿被斩掉以降低提供给灯的均方根（RMS）电压。通过降低RMS电压，也降低了提供给灯的电流，从而生成较少的输出和功率损耗。许多传统的灯调光器，包括壁式调光器，使用切相调光来控制白炽灯照明的调光级别。

实用新型内容

本部分提供本公开的总的实用新型内容，并且本部分不是本公开的全部范围或所有特征的全面的公开。

根据本公开的一个方面，提供一种用于控制一个或更多个发光二极管（“LED”）的调光级别的方法。该方法包括：接收具有脉冲宽度和频率的切相调光信号，生成具有分别与切相调光信号的脉冲宽度和频率对应的占空比和频率的脉冲宽度调制（PWM）信号，以及用所生成的PWM信号控制与一个或更多个LED耦接的功率转换器，以使得一个或更多个LED的调光级别为所生成的PWM信号的占空比的函数。

根据本公开的另外的方面，控制一个或更多个LED的调光级别的方法包括：接收具有脉冲宽度的切相调光信号，生成具有与切相调光信号的脉冲宽度对应的幅度的基本恒定的直流（DC）信号，以及使用基本恒定的DC信号控制与一个或更多个LED耦接的功率转换器，以使得一个或更多个LED的调光级别为基本恒定的DC信号的幅度的函数。

根据本公开的又一方面，用于控制一个或更多个LED的调光级别的电路包括：整流器，该整流器用于将具有脉冲宽度的切相AC调光信号转换成具有脉冲宽度和频率的经整流的切相调光信号；相位检测器，该相位检测器被配置成生成具有分别与经整流的切相调光信号的脉冲宽度和频率对应的占空比和频率的PWM信号；以及功率转换器，该功率转换器响应于由相位检测器生成的PWM信号来控制功率转换器的输出电流。

根据本申请中所提供的描述，适用性的另外的方面和领域将变得明显。应当理解，本公开的不同方面可以单独实现或结合一个或更多个其他方面来实现。还应当理解，本实用新型内容中的描述和具体示例仅意在用于说明而并不意在限制本公开的范围。

附图说明

本申请中所描述的附图仅用于选定实施例的说明性目的而非全部可能的实现，并且不是意在限制本公开的范围。

图1为根据本公开的一个方面的用于控制一个或更多个LED的调光级别的方法的流程图。

图2为根据本公开的一个示例实施例的用于实现图1的方法的电路的框图。

图3为描绘图2的电路的经整流的切相调光信号、对应的PWM信号、和得到的LED电流的时序图。

图4示出了图2的电路的一个优选结构。

图5为根据本公开的另外的方面的用于控制一个或更多个LED的调光级别的方法的流程图。

图6为根据本公开的另外的示例实施例的用于实现图5的方法的电路的框图。

相应的附图标记在附图的多个视图中自始至终表示相应的部分。

具体实施方式

现在，将参照附图对示例实施例进行更充分的描述。

提供示例实施例，以使得本公开是全面的并将向本领域技术人员充分传达范围。阐述了许多具体细节，诸如具体部件、器件和方法的示例，以提供对本公开的实施例的全面理解。对本领域技术人员来说将明显的是：无需使用具体细节，示例实施例可以以许多不同的形式来实施，并且任一个示例实施例都不应当被解释成限制本公开的范围。在一些实施例中，没有详细描述公知的处理、公知的器件结构以及公知的技术。

本申请中所使用的术语仅用于描述特定示例实施例而非意在限制。如本申请中所使用的，除非上下文另外清楚地说明，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”也可以意在包括复数形式。词语“包括”及其变型、“包含”和“具有”是包括性的并从而明确说明了所叙述的特征、整体、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但不排除存在或增加一个或更多个其他的特征、整体、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。除非明确表示为执行顺序，否则不要将本申请中所描述的方法步骤、处理及操作解释成需要按照所讨论的或所说明的特殊顺序来执行。也要理解，可以使用另外的步骤或可替代的步骤。

在提到元件或层在另外的元件或层“之上”、或“接合到”、“连接到”、或“耦接到”另外的元件或层时，元件或层可以直接在其他的元件或层之上、或者直接接合到、连接到、耦接到其他的元件或层，或者可以存在介入元件或层。相反，在提到元件“直接在另外的元件或层之上”、或“直接接合到”、“直接连接到”、或“直接耦接到”另外的元件或层时，可以不存在介入元件或层。换句话说，用来描述元件之间的关系的词应当按照同样的方法来解释（例如，“之间”对比“直接之间”、“相邻”对比“直接相邻”、等等）。如在本申请中所使用的，词语“和/或”包括相关联的列举项中的一个或更多个项中的任意项以及这些项的所有结合。

尽管可以在本申请中使用词语第一、第二、第三等等来描述不同元件、部件、区域、层和/或部分，但是不应当用这些词语来限制这些元件、部件、区域、层和/或部分。可以仅使用这些词语来区别一个元件、部件、区域、层或部分与另外的区域、层或部分。除非通过上下文清楚地表示出来，否则诸如“第一”、“第二”和其他数字词语的词语使用在本申请中时并不暗示次序或顺序。因此，在不偏离示例实施例的教导的情况下，下面所讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以称为第二元件、部件、区域、层或部分。

为了方便描述，可以在本申请中使用诸如“内部的”、“外部的”、“在下面”、“在下方”、“较低的”、“在上方”、以及“较高的”等等的空间相关的词语来描述图中所示出的一个元件或特征与另外的元件或特征的关系。除了图中所描绘的方位，空间相关的词语可以意在包括器件在使用或工作中的不同方位。例如，如果图中的器件翻转，那么描述为“在其他元件或特征下方或下面”的元件将被定位于“在其他元件或特征上方”。因此，示例词语“在下方”可以包括在上方和在下方两个方位。可以另外定位器件（旋转90度或在其他的方位），并且可以使用本申请中的空间相关的描述词相应地解释器件。

图1中示出了根据本公开的一个方面的控制一个或更多个LED的调光级别的方法，并且该方法总体上用附图标记100来表示。如图1中所示出的，方法100包括：接收具有脉冲宽度和频率的切相调光信号102、生成具有分别与切相调光信号的脉冲宽度和频率对应的占空比和频率的PWM信号104、以及用所生成的PWM信号控制与一个或更多个LED耦接的功率转换器106。以此方式，将一个或更多个LED的调光级别控制为所生成的PWM信号的占空比的函数。

如从下面的描述中将明显看出的，与一个或更多个LED耦接的功率转换器可以是LED驱动电路中的唯一的功率转换器。可替代地，功率转换器可以表示多级功率转换器的一个级。在这种情况下，与一个或更多个LED耦接的功率转换器可以通过由切相调光信号或另外的适合的电源供电的另外的功率转换器来供电。

与一个或更多个LED耦接的功率转换器可以是开关功率转换器、线性稳压器、或任意其他适合的功率转换器。此外，功率转换器可以被配置成调节其输出电流、输出电压或任意其他适合的参数，以控制提供给一个或更多个LED的平均电流。

如果与一个或更多个LED耦接的功率转换器包括功率开关，那么可以使用所生成的PWM信号来控制功率开关。例如，功率开关可以在所生成的PWM信号处于低状态时断开而在所生成的PWM信号处于高状态时闭合。可替代地，如果与一个或更多个LED耦接的功率转换器包括启用/停用输入端，那么所生成的PWM信号可以耦接到启用/停用输入端。因此，功率转换器可以例如在所生成的PWM信号处于高状态时被启用以给一个或更多个LED提供电流，而在所生成的PWM信号处于低状态时被停用以阻止电流流向一个或更多个LED。通过这种方式，可以控制提供给一个或更多个LED的平均电流，以控制LED的亮度级别。

可以从壁式调光器（例如经由被配置成容纳传统的开/关灯开关的配电盒安装在墙壁上的用户可设置的调光开关）或任意其他适合的电源来接收切相调光信号。如果接收到的切相调光信号为全波AC信号，那么方法100可以包括对切相调光信号进行整流以生成经整流的切相调光信号。经整流的切相调光信号可以与所输入的（即非整流的）调光信号具有相同的脉冲宽度，并具有为所输入的调光信号的频率的两倍的频率。

可以以任意适合的方式生成PWM信号。在此公开的一些实施例中，使用具有与切相调光信号耦接的第一输入端和与参考电压耦接的第二输入端的比较器来生成PWM信号。在这种情况下，PWM信号的频率与耦接至第一输入端的切相调光信号的频率可以是基本上相同的频率。

现在，将参照图2至图4对实现以上公开的方法100的示例电路进行描述。然而，应当理解的是，以上公开的方法100不限于图2至图4中所示出的特定实施例，而可以用许多其他的电路来实施。相似地，图2至图4中所示出的示例实施例不限于以上公开的方法100，而是可以用于在不偏离本公开的范围的情况下执行许多其他的方法。

如图2中所示出的，用于对一个或更多个LED的调光级别进行控制的电路200包括用于提供切相调光信号的AC电源202。切相调光信号可以为例如以0至180度相位角被斩掉的全波AC信号。AC电源202可以为例如壁式调光器。

电路200进一步包括整流器204、功率转换器206和208、以及相位检测器210。整流器204可以为桥式整流器或用于将由AC电源202提供的切相AC调光信号转换成经整流的切相调光信号的其他适合的整流器。经整流的信号可以具有与提供给整流器204的全波切相AC调光信号相同的脉冲宽度和为其两倍的频率。例如，如果由AC电源202提供的全波调光信号具有60Hz的频率，那么经整流的切相调光信号将具有120Hz的频率。

在图2的示例实施例中，经整流的切相调光信号提供给功率转换器206和相位检测器210。优选地，功率转换器206提供用于向功率转换器208供电的恒定的电压输出。功率转换器206可以为任意适合类型的AC-DC或DC-DC功率转换器，包括但不限于具有回扫、升压、升降压或其它适合的拓扑结构的开关功率转换器。相似地，功率转换器208可以为任意适合的功率转换器，包括具有降压、升压、升降压或其它适合的拓扑结构的开关功率转换器、线性稳压器等等。

相位检测器210被配置为生成具有分别与经整流的切相调光信号的脉冲宽度和频率对应的占空比和频率的PWM信号。在图2的示例中，由相位检测器210生成的PWM信号的频率与经整流的切相调光信号的频率为基本上相同的频率。

功率转换器208响应于由相位检测器210生成的PWM信号来控制功率转换器208的输出电流或电压，从而控制流经与功率转换器208的输出端耦接的任意LED的电流。

尽管图2的示例实施例中包括两个功率转换器206、208，但是应当理解的是，在其他的实施例中可以使用更多或更少的转换器。例如，如果除去功率转换器206，那么功率转换器208可以直接耦接到整流器204，并且可以在功率转换器208的输出侧上设置开关，其中，该开关与LED串联连接并受控于来自相位检测器210的PWM信号。作为另外的可替代方案，可以用冗余或并联配置连接的多个功率转换器来取代图2中的功率转换器208。

在图2的示例实施例中，相位检测器210包括具有被耦接以接收经整流的切相调光信号的正输入端和被耦接到参考电压VREF的负输入端的比较器212。然而，应当理解的是，可以在不偏离本公开的范围的情况下使用其他相位检测器配置。

图3示出了图2的电路200的几个示例性波形。如图3中所示出的，在经整流的切相调光信号未被斩掉时，这表示全功率（即，没有调光的情况）。因此，由相位检测器生成的PWM信号具有100%的占空比，并且通过LED的电流处于最大电流级别。在经整流的切相调光信号以90度相位角被斩掉（使用后沿切相或前沿切相，二者示出于图3中）时，由相位检测器生成的PWM信号具有50%的占空比。因此，通过LED的电流以50%的占空比脉冲接通和断开。这生成了通过LED的大约为最大电流级别的一半的平均电流。因此，LED的亮度将降低至大约最大亮度级别的一半。

注意，如果切相调光信号以45度相位角被斩掉，那么，如果使用前沿切相，则由相位检测器生成的PWM信号将具有75%的占空比，而如果使用后沿切相，则由相位检测器生成的PWM信号将具有25%的占空比。

如图3中所示出的，LED电流实质上为具有与PWM信号的占空比对应的占空比的方波。因此，LED电流实质上在任意给定时间（以恒定的DC级别）接通或断开。因此，会存在否则可能由随时间斜坡上升或下降的电流级别导致的LED颜色变化。另外，在功率转换器208为开关转换器或线性稳压器时，LED电流中存在很少纹波或没有纹波（即，电流波形几乎为理想的方波），所以应当没有由电流纹波引起的LED颜色变化。通过响应于PWM信号来接通和断开LED电流，可以控制通过LED的平均电流，从而如所期望地控制LED亮度。此外，调光效果与通过壁式调光器或其他AC电源202提供的相位角斩掉量基本成比例（并且优选地成线性）。

图4示出了图2中示出的电路200的一个优选结构。在图4的示例中，功率转换器208包括降压转换器（该降压转换器包括晶体管Q1、二极管D1、电感器L1和电容器C2）和具有启用/停用电路的降压控制器集成电路（IC）402。由相位检测器210生成的PWM信号耦接到降压控制器IC402的启用/停用输入端。因此，降压转换器在PWM信号为高时启用而在PWM信号为低时停用。可以根据这些教导的任意给定应用的需要来选择降压转换器IC的工作频率。在一个优选实施例中，工作频率在大约75kHz到大约100kHz之间。

优选地，图4中的输出滤波器电容器C2的值较低，使得电容器C2不能长时间保持DC输出电压。因此，DC输出电压（和电流）波形基本上与PWM信号波形匹配。在一些实施例中，不使用电容器C2。

作为图4中示出的示例结构的可替代方案，PWM信号可以直接耦接到晶体管Q1的栅极（其中除去了降压控制器IC 402），以直接控制（用作降压转换器的功率开关的）晶体管Q1的接通时间。

图5示出了根据本公开的另外的方面的控制一个或更多个LED的调光级别的方法500。如图5中所示出的，方法500包括：接收具有脉冲宽度的切相调光信号502，生成具有与切相调光信号的脉冲宽度对应的幅度的基本恒定的DC信号504，以及使用基本恒定的DC信号控制与一个或更多个LED耦接的功率转换器506。通过这种方式，将一个或更多个LED的调光级别控制为基本恒定的DC信号的幅度的函数。

图6示出了适合用于执行图5的方法500的示例电路600。电路600与图4的电路在许多方面是相似的。因此，将不再对（与图4的电路使用相同附图标记表示的）共同部件进行重复描述。

在图6的电路600中，由相位检测器212生成的PWM信号提供给平均电路602，该平均电路602用于将具有与切相调光信号的脉冲宽度对应的占空比的PWM信号转换成具有与切相调光信号的脉冲宽度对应的幅度的基本恒定的DC信号。可替代地，基本恒定的DC信号可以根据切相调光信号而非根据PWM信号来直接生成。

由平均电路602生成的基本恒定的DC信号被提供给降压控制器IC的参考输入端。降压控制器IC被配置成基于恒定的DC信号的幅度来控制晶体管开关Q1。例如，降压控制器可以向晶体管开关Q1供应方波信号，其中，方波的占空比基于DC参考信号的电压级别在0到100%之间变化。

在图6示出的特定示例中，平均电路602包括电阻器R1和电容器C3。然而，应当理解的是，在不偏离此公开的范围的情况下可以使用许多其他平均电路。

为了说明和描述提供了实施例的以上描述。以上描述不是意在详尽无遗或限制本公开。特定实施例的各个元件或特征通常不限于该特定实施例，尽管未具体示出或描述这些元件或特征，它们能够在可应用的情况下互换并且可以在选定实施例中使用。相同的元件或特征也可以按照许多方式变化。这样的变化不被认为是偏离本公开，并且所有这样的修改意在包括在本公开的范围内。本实用新型还公开了以下技术方案：

1.一种控制一个或更多个发光二极管的调光级别的方法，所述方法包括：接收具有脉冲宽度和频率的切相调光信号；生成具有分别与所述切相调光信号的脉冲宽度和频率对应的占空比和频率的脉冲宽度调制信号；以及用所生成的脉冲宽度调制信号控制与所述一个或更多个发光二极管耦接的功率转换器，以使得所述一个或更多个发光二极管的调光级别为所生成的脉冲宽度调制信号的占空比的函数。

2.根据技术方案1所述的方法，其中，所述功率转换器包括至少一个功率开关，其中，所述控制包括：用所生成的脉冲宽度调制信号控制所述至少一个功率开关。

3.根据技术方案1所述的方法，其中，所述功率转换器包括启用/停用输入端，其中，所述控制包括：将所生成的脉冲宽度调制信号耦接到所述启用/停用输入端。

4.根据技术方案1所述的方法，进一步包括：对所述切相调光信号进行整流。

5.根据技术方案1所述的方法，其中，所述功率转换器为第一功率转换器，所述方法进一步包括：用所述切相调光信号向第二功率转换器供电并且用所述第二功率转换器向所述第一功率转换器供电。

6.根据技术方案1所述的方法，其中，所述生成包括：使用比较器生成所述脉冲宽度调制信号，所述比较器具有与所述切相调光信号耦接的第一输入端和与参考电压耦接的第二输入端。

7.根据技术方案1所述的方法，其中，所述接收包括：从壁式调光器接收所述切相调光信号。

8.根据技术方案1所述的方法，其中，所述脉冲宽度调制信号的频率与所述切相调光信号的频率为基本上相同的频率。

9.一种控制一个或更多个发光二极管的调光级别的方法，所述方法包括：

接收具有脉冲宽度的切相调光信号；生成具有与所述切相调光信号的脉冲宽度对应的幅度的基本恒定的直流信号；以及使用所述基本恒定的直流信号控制与所述一个或更多个发光二极管耦接的功率转换器，以使得所述一个或更多个发光二极管的调光级别为所述基本恒定的直流信号的幅度的函数。

10.根据技术方案9所述的方法，其中，所述生成包括：生成具有与所述切相调光信号的脉冲宽度对应的占空比的脉冲宽度调制信号，并根据所生成的脉冲宽度调制信号生成所述基本恒定的直流信号。

Claims

1.一种用于控制一个或更多个发光二极管的调光级别的电路，所述电路包括：

整流器，所述整流器用于将具有脉冲宽度的切相交流调光信号转换成具有脉冲宽度和频率的经整流的切相调光信号；

相位检测器，所述相位检测器被配置成生成具有分别与所述经整流的切相调光信号的脉冲宽度和频率对应的占空比和频率的脉冲宽度调制信号；以及

功率转换器，所述功率转换器响应于由所述相位检测器生成的所述脉冲宽度调制信号来控制所述功率转换器的输出电流或电压。

2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述脉冲宽度调制信号的频率与所述经整流的切相调光信号的频率为基本上相同的频率。

3.根据权利要求1所述的电路，其中，所述相位检测器包括比较器，所述比较器具有被耦接以接收所述经整流的切相调光信号的第一输入端和与参考电压耦接的第二输入端。

4.根据权利要求1所述的电路，其中，所述功率转换器为第一功率转换器，所述电路进一步包括耦接在所述整流器与所述第一功率转换器之间的第二功率转换器。

5.根据权利要求4所述的电路，其中，所述第二功率转换器为开关功率转换器。

6.根据权利要求5所述的电路，其中，所述第一功率转换器为开关功率转换器。

7.根据权利要求5所述的电路，其中，所述第一功率转换器为线性稳压器。

8.根据权利要求4所述的电路，进一步包括用于提供所述切相交流调光信号的调光器电路。

9.根据权利要求8所述的电路，进一步包括与所述功率转换器耦接以接收所述输出电流的一个或更多个发光二极管。