CN203761643U - 适应nema曲线的led调光电路以及供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种适应NEMA曲线的LED调光电路，其应用于具有调光器的LED供电系统中，所述LED供电系统通过控制器控制功率开关为LED供电，通过获取第一电压的瞬时值以及峰值。并将所述第一电压的瞬时值以及所述第一电压的峰值作为所述控制器的输入，使所述LED供电系统输出的第一输出电流适应NEMA曲线。其中，第一电压为流经调光器以及整流桥的被相切的直流电压，可见，采用本电路，可以根据第一电压的峰值和瞬时值调控输出电流的大小，进而使得LED与现有的可控硅调光器相匹配，即LED的调光与NEMA的白炽灯曲线相吻合。

Description

适应NEMA曲线的LED调光电路以及供电系统

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，更具体的说，是涉及一种适应NEMA曲线的LED调光电路以及供电系统。

背景技术

LED凭借其强大的发光效率以及较长的工作寿命等优点，正逐步取代白炽灯。为了更好的满足用户的使用需求，一些情况下，需要对光照强度进行调光处理。

目前，由于可控硅调光器在白炽灯、卤素等照明系统中有着广泛的应用，因此可控硅调光器占据了较大的调光市场。除此，美国电子制造商协会（NEMA）还颁布了调光标准SSL6，其中绘制了白炽灯的调光曲线。可见，LED想要替代白炽灯就需要与可控硅调光器相互兼容匹配。

因此，如何使LED与现有的可控硅调光器相匹配，以使LED的调光与NEMA的白炽灯曲线相吻合，是当前亟待解决的一个问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种适应NEMA曲线的LED调光电路以及供电系统，以使LED与现有的可控硅调光器相匹配，进而使LED的调光与NEMA的白炽灯曲线相吻合。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种适应NEMA曲线的LED调光电路，应用于通过控制器控制功率开关为LED供电的LED供电系统，包括：第一检测电路、第二检测电路、控制器以及调光器；

所述第一检测电路与所述调光器的输出端相连，用于获取所述调光器输出的被相切的直流电压的瞬时值；

所述第二检测电路与所述第一检测电路相连，用于获取所述被相切的直流电压的峰值；

所述控制器接收所述直流电压的瞬时值和峰值，并用于调控所述LED供电系统的第一输出电流，使得所述第一输出电流受所述调光器控制以适应NEMA曲线。

优选的，还包括与所述第一检测电路以及所述第二检测电路相连，根据所述被相切的直流电压的瞬时值以及所述被相切的直流电压的峰值，按照预设公式，计算得到第一输出电流的处理器。

优选的，所述预设公式为：

$I_{0\_\mathrm{mean}}=\frac{1}{\mathrm{\π}}{\∫}_0^{\mathrm{\π}}\frac{k\·N_t\·{\left(\frac{V_{\mathrm{PD}}(\mathrm{\α},\mathrm{\θ})}{V_{\mathrm{DIM}}(\mathrm{\α},\mathrm{\θ})}\right)}^2\·{\mathrm{\η}}_t}{R_{\mathrm{CS}}}\mathrm{d\θ},$ 其中，I_{0_mean}为所述第一输出电流，V_PD(α,θ)为所述被相切的直流电压的瞬时值，V_DIM(α,θ)为所述被相切的直流电压的峰值，k为设定值。

优选的，还包括：

与所述第二检测电路相连，根据所述调光器的导通角对所述被相切的直流电压的峰值进行补偿，使所述被相切的直流电压的峰值随所述调光器的导通角的减小而增大的补偿电路。

优选的，所述第一检测电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第一电容；所述第二检测电路包括第一二极管、第四电阻、第二电容、第一稳压管以及第五电阻；

所述第一电阻的第一端接整流桥的输出端；所述第一电阻的第二端分别与所述第一电容的第一端以及所述第二电阻的第一端相连，且作为所述第一检测电路的第一信号输出端；所述第二电阻的第二端分别与所述第三电阻的第一端以及所述第一二极管的阳极相连；所述第一二极管的阴极分别与所述第四电阻的第一端、所述第二电容的第一端、所述第一稳压管的阴极以及所述第五电阻的第一端相连，且作为所述第二检测电路的第二信号输出端；所述第一电容的第二端、所述第三电阻的第二端、所述第四电阻的第二端、所述第二电容的第二端以及所述第一稳压管的阳极均接地。

优选的，所述补偿电路包括：第六电阻、开关管、第二二极管、第七电阻、第八电阻以及第三电容；

所述第六电阻的第一端与所述第二二极管的阴极相连，且接电源Vcc；所述第六电阻的第二端与所述开关管的输入端相连；所述开关管的输出端与所述第二检测电路相连；所述开关管的控制端分别与所述第二二极管的阳极、所述第七电阻的第一端、所述第八电阻的第一端以及所述第三电容的第一端相连，所述第八电阻的第二端与所述第三电容的第二端相连，且接地；所述第七电阻的第二端与所述整流桥的输出端相连。

优选的，包括：调光器、整流桥以及任意一项所述的调光电路。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种适应NEMA曲线的LED调光电路，其应用于具有调光器的LED供电系统中，所述LED供电系统通过控制器控制功率开关为LED供电，通过获取第一电压的瞬时值以及峰值。并将所述第一电压的瞬时值以及所述第一电压的峰值作为所述控制器的输入，使所述LED供电系统输出的第一输出电流适应NEMA曲线。其中，第一电压为流经调光器以及整流桥的被相切的直流电压，可见，采用本电路，可以根据第一电压的峰值和瞬时值调控输出电流的大小，进而使得LED与现有的可控硅调光器相匹配，即LED的调光与NEMA的白炽灯曲线相吻合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种LED调光电路的原理框图；

图2为外部交流电源的输出电压波形以及被相切的直流电压的波形示意图；

图3为被相切的直流电压的瞬时值形成的波形图；

图4为被相切的直流电压的峰值形成的波形图；

图5为采用本实施例提供的LED调光电路的输出电流的曲线图；

图6为本发明提供的一种LED调光电路的具体电路构成图；

图7为采用本发明实施例提供的一种具有补偿电路的LED调光电路后的输出电流的曲线图。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词的说明、简写或缩写总结如下：

NEMA：National Electrical Manufactures Association，美国电气制造商协会。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，为本实施例提供的一种适应NEMA曲线的LED调光电路的原理框图，包括：第一检测电路221、第二检测电路222、控制器以及调光器。

其中，第一检测电路与调光器223的输出端相连，用于获取调光器输出的被相切的直流电压的瞬时值。第二检测电路与第一检测电路相连，用于获取被相切的直流电压的峰值。

请参见图2，为外部交流电源的输出电压曲线以及被相切的直流电压的曲线示意图。其中，曲线101为外部交流电源的输出电压曲线，在调光应用中，将曲线101接入调光器后，产生一被相切的交流电压，该被相切的交流电压又经过整流桥处理后，输出一被相切的直流电压（即第一电压），形成曲线102。结合图2，α为调光器在调光时对应的某个时刻的被相切的角度，即图2中102曲线中水平方向上直线所对应的角度。相应的，π-α为此时调光器的导通角，θ为调光器的输入电压在某一时刻的相位角。

具体的，结合图2，可知，第一电压的瞬时值为在某一时刻时，曲线102上的某个值，也可以理解成是在不同相位角θ时，曲线102对应的值。而第一电压的峰值，即被相切的直流电压的峰值对应曲线102中的最大值。

优选的，还包括补偿电路，该补偿电路与第二检测电路相连，根据调光器的导通角对被相切的直流电压的峰值进行补偿，使被相切的直流电压的峰值随调光器的导通角的减小而增大。

上述电路用于采样被相切的直流电压的峰值和瞬时值，本实施例还将上述电路采集的峰值和瞬时值发送给控制器，该处理器根据所述被相切的直流电压的瞬时值以及所述被相切的直流电压的峰值，按照预设公式，计算得到第一输出电流。这里需要说明的是，该控制器可以为BCD公司的型号为AP1690的控制器，当然，也可以为其他控制器，此处并不局限于此。

优选的，上述预设公式为：

$I_{0\_\mathrm{mean}}=\frac{1}{\mathrm{\π}}{\∫}_0^{\mathrm{\π}}\frac{k\·N_t\·{\left(\frac{V_{\mathrm{PD}}(\mathrm{\α},\mathrm{\θ})}{V_{\mathrm{DIM}}(\mathrm{\α},\mathrm{\θ})}\right)}^2\·{\mathrm{\η}}_t}{R_{\mathrm{CS}}}\mathrm{d\θ},$ 其中，Rcs为控制器CS端电阻的值。α为调光器在调光时对应的某个时刻的被相切的角度，相应的，π-α为此时调光器的导通角，θ为调光器的输入电压在某一时刻的相位角。k为根据输出电压以及负载功率大而设定的一个值，I0_mean为所述第一输出电流，V_PD(α,θ)为所述第一电压的瞬时值，包含了被相切角的信息，其波形如图3所示。假设交流输入电压为vin*sin(θ)，kPD为分压系数，则V_PD(α,θ)表达式为：

$V_{\mathrm{PD}}(\mathrm{\α},\mathrm{\θ})=\left\{\begin{array}{cc}0& \mathrm{\α}>\mathrm{\θ}\\ k_{\mathrm{PD}}*\mathrm{vin}*\sin \left(\mathrm{\θ}\right)& \mathrm{\α}\≤\mathrm{\θ}\end{array}\right.$ 公式2

其中，vin指输入AC电压峰值，而V_DIM(α,θ)为所述第一电压的峰值，即为相切角为α时的被切相直流电压的峰值。此时，设定当KDIM为分压系数，则V_DIM(α,θ)表达式为：

$V_{\mathrm{DIM}}(\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&theta;})=\left\{\begin{array}{cc}{K}_{\mathrm{DIM}}\&CenterDot;\mathrm{vin}& \mathrm{\&alpha;}<\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}\\ k_{\mathrm{DIM}}*\mathrm{vin}*\sin \left(\mathrm{\&alpha;}\right)& \mathrm{\&alpha;}\&GreaterEqual;\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}\end{array}\right.$ 公式3

需要说明的是，V_DIM(α,θ)的电压变化趋势如图4所示。且由上述公式1、公式2以及公式3，得出的调光曲线如图5所示。图中曲线301和曲线304分别为NEMA曲线中白炽灯曲线的上限和下限，曲线303为白炽灯曲线，曲线302为采用本调光方法后的曲线。可以看出，此调光曲线302能够满足NEMA曲线对调光的要求。

具体的，请参阅图6，为本实施例提供的一种调光电路的具体电路结构图，其中，第一检测电路包括第一电阻201、第二电阻203、第三电阻204以及第一电容202。第二检测电路包括第一二极管205、第四电阻206、第二电容207、第一稳压管208以及第五电阻209。

其连接关系为：

第一电阻的第一端接整流桥的输出端。第一电阻的第二端分别与第一电容的第一端以及第二电阻的第一端相连，且作为第一检测电路的第一信号输出端。第二电阻的第二端分别与第三电阻的第一端以及第一二极管的阳极相连。第一二极管的阴极分别与第四电阻的第一端、第二电容的第一端、第一稳压管的阴极以及第五电阻的第一端相连，且作为第二检测电路的第二信号输出端。第一电容的第二端、第三电阻的第二端、第四电阻的第二端、第二电容的第二端以及第一稳压管的阳极均接地。

补偿电路220包括：第六电阻211、开关管210、第二二极管212、第七电阻213、第八电阻214以及第三电容215。

其连接关系为：第六电阻的第一端与第二二极管的阴极相连，且接电源Vcc。第六电阻的第二端与开关管的输入端相连。开关管的输出端与第二检测电路相连。开关管的控制端分别与第二二极管的阳极、第七电阻的第一端、第八电阻的第一端以及第三电容的第一端相连，第八电阻的第二端与第三电容的第二端相连，且接地。第七电阻的第二端与整流桥的输出端相连。

结合上述电路的具体连接关系，对本实施例提供的调光电路的工作原理进行说明：

电阻201、电阻203、电阻204及滤波电容202构成一分压电路，采样经过整流桥后的母线电压，得到包含接入调光器后被相切信息的电压信号V_PD(α,θ)。在检测被相切的馒头波的通路上，利用二极管205、电阻206、电容207以及稳压管208构成的第一检测电路，用于检测经过整流桥后电压的峰值V_DIM(α,θ)。外接控制电路根据采样到的V_PD(α,θ)和V_DIM(α,θ)这两电压信号调节输出电流大小，实现调光。

在补偿电路220中，电阻213、电阻214、电容215构成一个提供动态补偿参考点的电路，定义电阻213和电阻214的连接点为a点。在调光器导通角较小，即在整流桥后端母线电压被相切角较大时，a点的电位会较小。在调光器导通角较大，即在整流桥后端母线电压被相切角较小时，a点的点位会较大，这样动态的改变补偿参考点的电位。

具体的，在调光器导通角较大的时候，由于Va值较大，三极管210的Vbe较小，三极管210工作在截至区，补偿电路不能提供补偿电流。此时，V_DIM(α,θ)为检测信号的峰值，一般这个时候，被相切角α小于90°，随着调光器的导通角慢慢变小，即被相切角α慢慢变大时，Va值逐渐变小。当三极管210的Vbe压降达到0.4V后，补偿电路开始介入工作，此时流过集电极的电流等于流过发射极的电流：

$I_e=I_c=\frac{\mathrm{VCC}-0.4V-\mathrm{Va}}{R_{211}}$

此电流流过电阻206及电容207，使得V_DIM(α,θ)得到补偿而变大，此后V_DIM(α,θ)会随着被相切角α的变大而变大，直至被稳压二极管208所钳位。

需要说明的是，上述公式中，R211为电阻211的阻值，Va为参考点a的电压值。在调光过程中，随着调光器导通角的改变，补偿电路参考点电位发生变化，从而改变补偿电流的大小，使得VDIM电压发生动态的改变，控制器根据值的变化及算法，决定输出电流的大小，实现调光，同时由于补偿电路的参与使得本实施例的调光方式能够适应NEMA曲线要求并且能深度调光。如图7所示，其中，曲线601和曲线604分别为白炽灯曲线的上限和下限，曲线603为白炽灯曲线，曲线602为增加了补偿电路之后的输出电流形成的曲线，几乎接近白炽灯曲线603。

除上述实施例外，本发明还提供了一种适应NEMA曲线的LED供电系统，包括：调光器、整流桥以及任意一项上述的调光电路。其调光原理参见上述实施例，再此不重复叙述。

综上所述：本发明提供了一种适应NEMA曲线的LED调光电路，其应用于具有调光器的LED供电系统中，所述LED供电系统通过控制器控制功率开关为LED供电，通过获取第一电压的瞬时值以及峰值。并将所述第一电压的瞬时值以及所述第一电压的峰值作为所述控制器的输入，使所述LED供电系统输出的第一输出电流适应NEMA曲线。其中，第一电压为流经调光器以及整流桥的被相切的直流电压，可见，采用本电路，可以根据第一电压的峰值和瞬时值调控输出电流的大小，进而使得LED与现有的可控硅调光器相匹配，即LED的调光与NEMA的白炽灯曲线相吻合。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的装置而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所提供的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所提供的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种适应NEMA曲线的LED调光电路，应用于通过控制器控制功率开关为LED供电的LED供电系统，其特征在于，包括：第一检测电路、第二检测电路、控制器以及调光器；

所述第一检测电路与所述调光器的输出端相连，用于获取所述调光器输出的被相切的直流电压的瞬时值；

所述第二检测电路与所述第一检测电路相连，用于获取所述被相切的直流电压的峰值；

所述控制器接收所述直流电压的瞬时值和峰值，并用于调控所述LED供电系统的第一输出电流，使得所述第一输出电流受所述调光器控制以适应NEMA曲线。

2.根据权利要求1所述的LED调光电路，其特征在于，还包括与所述第一检测电路以及所述第二检测电路相连，根据所述被相切的直流电压的瞬时值以及所述被相切的直流电压的峰值，按照预设公式，计算得到第一输出电流的处理器。

3.根据权利要求2所述的LED调光电路，其特征在于，所述预设公式为：

$I_{0\_\mathrm{mean}}=\frac{1}{\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}_0^{\mathrm{\&pi;}}\frac{k\&CenterDot;N_t\&CenterDot;{\left(\frac{V_{\mathrm{PD}}(\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&theta;})}{V_{\mathrm{DIM}}(\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&theta;})}\right)}^2\&CenterDot;{\mathrm{\&eta;}}_t}{R_{\mathrm{CS}}}\mathrm{d\&theta;},$ 其中，I_{0_mean}为所述第一输出电流，V_PD(α,θ)为所述被相切的直流电压的瞬时值，V_DIM(α,θ)为所述被相切的直流电压的峰值，k为设定值。

4.根据权利要求1所述的LED调光电路，其特征在于，还包括：

与所述第二检测电路相连，根据所述调光器的导通角对所述被相切的直流电压的峰值进行补偿，使所述被相切的直流电压的峰值随所述调光器的导通角的减小而增大的补偿电路。

5.根据权利要求1所述的LED调光电路，其特征在于，所述第一检测电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第一电容；所述第二检测电路包括第一二极管、第四电阻、第二电容、第一稳压管以及第五电阻；

所述第一电阻的第一端接整流桥的输出端；所述第一电阻的第二端分别与所述第一电容的第一端以及所述第二电阻的第一端相连，且作为所述第一检测电路的第一信号输出端；所述第二电阻的第二端分别与所述第三电阻的第一端以及所述第一二极管的阳极相连；所述第一二极管的阴极分别与所述第四电阻的第一端、所述第二电容的第一端、所述第一稳压管的阴极以及所述第五电阻的第一端相连，且作为所述第二检测电路的第二信号输出端；所述第一电容的第二端、所述第三电阻的第二端、所述第四电阻的第二端、所述第二电容的第二端以及所述第一稳压管的阳极均接地。

6.根据权利要求4所述的LED调光电路，其特征在于，所述补偿电路包括：第六电阻、开关管、第二二极管、第七电阻、第八电阻以及第三电容；

所述第六电阻的第一端与所述第二二极管的阴极相连，且接电源Vcc；所述第六电阻的第二端与所述开关管的输入端相连；所述开关管的输出端与所述第二检测电路相连；所述开关管的控制端分别与所述第二二极管的阳极、所述第七电阻的第一端、所述第八电阻的第一端以及所述第三电容的第一端相连，所述第八电阻的第二端与所述第三电容的第二端相连，且接地；所述第七电阻的第二端与所述整流桥的输出端相连。

7.一种适应NEMA曲线的LED供电系统，其特征在于，包括：调光器、整流桥以及如权利要求1-6中任意一项所述的调光电路。