CN206024154U - Led调光装置及led驱动电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种LED调光装置及LED驱动电源。所述LED调光装置包括：旁路电路和解耦电路，所述旁路电路所述直流母线电压产生所述第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述旁路电路的导通状态以及导通时的旁路阻抗，在所述旁路电路导通时，所述直流母线电压经由所述旁路电路的主电流路径接地，所述解耦电路根据所述第一控制信号和所述电流检测信号，从直流母线电压中解析出调光数据信号，并且根据所述调光数据信号产生所述脉宽调制信号。该LED调光装置利用电力载波信号传输调光数据。由于独立于主电源电路的模块，该LED调光装置可以容易地添加至现有的LED驱动电源中。

Description

LED调光装置及LED驱动电源

技术领域

本实用新型涉及光源控制技术，更具体地，涉及发光二极管(LED)调光装置。

背景技术

在LED用于照明领域时，采用LED调光装置调节亮度以满足用户的个性化需求或者根据环境需要调光以降低能耗。LED调光装置例如是传统的可控硅调光器。然而，可控硅调光器存在维持电流一致性不一的问题，而且各个国家、各个品牌的产品也存在差异，容易出现调光器兼容性的问题。此外，在调光过程中还会出现闪烁等现象。

一种现有的LED驱动电源100包括整流桥101、EMI滤波电路102、功率转换电路103，如图1所示。该驱动电源100从外部电源110获得交流电，然后经整流和滤波获得直流电压，对该直流电压进行降压以产生输出电流，从而驱动外部负载120，例如LED灯。

进一步改进的LED驱动电源200还包括LED调光装置，如图2所示。该LED调光装置包括旁路电路204、过零检测电路205、数据采样电路206、MCU模块207。该LED调光装置可以通过数据解析模块传输数据，不存在兼容性的问题，可以取代可控硅调光器，还方便集成无线通信模块，容易实现智能调光等优点。

然而，与现有的LED驱动电源相比，LED驱动电源200中的LED调光装置导致在PCB布局上走线比原来会复杂很多，元器件也会变多，而且布版的空间也会比原来大很多。

因此，期望提供一种兼容现有的LED驱动电源的PCB布局的LED调光装置及LED驱动电源。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种可以容易地在现有的LED驱动电源中添加调光功能的LED调光装置，从而避免PCB布局的重新设计，以降低使用成本和便于推广。

根据本实用新型的第一方面，提供一种LED调光装置，其特征在于，包括：旁路电路，所述旁路电路具有用于接收直流母线电压的第一输入端、用于接收第二控制信号的第二输入端、用于提供第一控制信号的第一输出端、以及用于提供电流检测信号的第二输出端，以及解耦电路，所述解耦电路具有用于接收直流母线电压的第一输入端、用于接收第一控制信号的第二输入端、用于接收电流检测信号的第三输入端、用于提供脉宽调制信号的第一输出端、以及用于提供第二控制信号的第二输出端，其中，所述旁路电路根据所述直流母线电压产生所述第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述旁路电路的导通状态，在所述旁路电路导通时，所述直流母线电压经由所述旁路电路的主电流路径接地，所述电流检测信号表征所述主电流路径中流过的电流，所述解耦电路根据所述第一控制信号和所述电流检测信号，从直流母线电压中解析出调光数据信号，并且根据所述调光数据信号产生所述脉宽调制信号。

优选地，所述解耦电路与所述旁路电路同步工作。

优选地，所述旁路电路在导通时的阻抗根据所述第一控制信号改变。

优选地，还包括供电电路，所述供电电路具有用于接收直流母线电压的第一输入端、用于接地的第二输入端和用于提供稳定的供电电压的输出端。

优选地，所述旁路电路还包括：旁路栅极控制电路，所述旁路栅极控制电路具有输入端和输出端，所述旁路栅极控制电路在输入端接收直流母线电压，将所述直流母线电压与第一参考电压相比较，以产生所述第一控制信号，以及在输出端提供所述第一控制信号；以及串联连接在所述旁路电路的第一输入端和地之间的第一MOS管、第一电阻和第二电阻，其中，所述旁路栅极控制电路的输出端连接第一MOS管的控制端，从而所述第一控制信号控制第一MOS管的导通时间，所述旁路栅极控制电路的输出端连接至所述旁路电路的第一输出端，从而在所述第一输出端提供所述第一控制信号，所述第一电阻和第二电阻的中间节点 连接到所述旁路电路的第二输出端，从而在所述第二输出端提供所述电流检测信号。

优选地，所述旁路电路还包括：第二MOS管，连接在所述第一电阻和第二电阻的中间节点与地之间；以及第三电阻，连接在所述旁路电路的第二输入端和所述第二MOS管的控制端之间，其中，所述第二MOS管在所述第二控制信号的控制下，至少在所述第一控制信号的高电平期间的一个时间段中处于导通状态，从而在所述一个时间段中为所述LED调光装置外部的调光器供电。

优选地，所述旁路电路还包括：旁路过功率保护电路，所述旁路过功率保护电路具有输入端和输出端，所述旁路过功率保护电路在输入端接收直流母线电压，根据直流母线电压的高低产生不同的对地阻抗，以及在输出端提供所述对地阻抗，其中，当所述直流母线电压高于预定值时，所述旁路过功率保护电路呈现对地低阻抗，从而拉低所述第二MOS管的控制端电压，防止第二MOS管误导通，以保护第一MOS管。

优选地，所述解耦电路还包括：迟滞比较器模块，所述迟滞比较器模块具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述迟滞比较模块在第一输入端接收第二参考电压，在第二输入端接收所述直流母线电压或者所述直流母线电压与直流偏置信号的叠加信号，将所述直流母线电压转换为模拟信号从所述模拟信号获得所述调光数据信号，并且在输出端提供所述调光数据信号；以及数据解析模块，所述数据解析模块具有第一输入端和第一输出端，所述数据解析模块在所述第一输入端接收所述调光数据信号，根据所述调光数据信号获得调光数据以产生所述脉宽调制信号，并且在所述第一输出端提供所述脉宽调制信号。

优选地，所述数据解析模块在所述第一控制信号有效时解析，产生所述脉宽调制信号。

优选地，所述迟滞比较器包括：高通滤波器，所述高通滤波器阻止所述直流母线电压的工频分量通过，仅允许所述直流母线电压上调制的高频信号通过；以及第一比较器，所述第一比较器用于将所述高频信号与第二参考电压相比较，以产生所述调光数据信号。

优选地，所述解耦电路还包括：相位检测模块，所述相位检测模块 具有第一输入端、第二输入端和第三输入端，以及第一输出端和第二输出端，所述相位检测模块分别在所述第一输入端、所述第二输入端和所述第三输入端分别接收所述电流检测信号、所述供电电压和所述第一控制信号，根据所述第一控制信号产生同步信号，并且在所述第二输出端提供所述同步信号，其中，所述数据解析模块还具有第二输入端和第三输入端，分别接收过零检测信号和所述同步信号，以及执行相应的中断控制。

优选地，所述相位检测模块根据所述电流检测信号获得过零检测信号，并且在所述第一输出端提供所述过零检测信号。

优选地，所述直流母线电压为直流脉动电压，在所述旁路电路导通期间，利用所述直流母线电压的上升阶段为所述LED调光装置外部的调光器供电，利用所述直流母线电压的下降阶段为所述LED调光装置自身传输调光数据，以及在所述旁路电路断开期间，利用所述直流母线电压的中间阶段为所述LED调光装置外部的LED负载传输功率。

优选地，将所述旁路电路、所述解耦电路和所述供电电路的至少一些元器件集成在一个芯片中。

根据本实用新型的第二方面，提供一种LED驱动电源，用于将外部交流电源提供的交流输入电压转换成直流输出电压，以驱动外部的LED负载，其特征在于，所述LED驱动电源包括：主电源电路，所述主电源电路连接在外部交流电源和LED负载之间；以及根据本实用新型第一方面提供的LED调光装置，其中，所述LED调光装置与所述主电源电路连接以控制主电源电路的输出电流。

优选地，所述主电源电路包括：整流桥，用于将交流输入电压转换成直流脉动电压，作为直流母线电压；功率转换电路，用于在脉宽调制信号的控制下将直流母线电压转换成直流输出电压；EMI滤波电路，连接在整流桥和功率转换电路之间，用于阻止功率转换电路产生的高频噪声干扰，其中，所述LED调光装置连接在所述整流桥和所述EMI滤波电路之间，并且为所述功率转换电路提供脉宽控制信号。

优选地，还包括二极管，所述二极管连接在所述LED调光装置和所述EMI滤波电路之间，并且沿着电流方向正向偏置，所述二极管与EMI 滤波电路一起阻止高频噪声和低频噪声从功率转换电路传送至LED调光装置。

根据本实用新型实施例的LED驱动电源中，LED调光装置在不同的时间段，分别为外部的调光器充电、为外部的LED负载、以及传输调光数据信号。由于调光器不需要设置独立的供电电源，因而可以减小调光器的尺寸。

进一步地，LED调光装置根据电力载波信号解析调光数据，并且采用调光数据产生PWM信号。由于调光器与LED调光装置不需要采用红外、蓝牙等无线通信装置，因而可以降低调光器和LED调光装置自身的成本，并且可以避免环境条件对调光控制的干扰。

进一步地，LED调光装置是独立于主电源电路的模块，因而可方便地在现有的LED驱动电源上添加智能调光功能。采用本实用新型就能把LED调光装置放置在额外的一块小板上，然后插在现有的LED驱动电源上，连接三个节点，就能实现智能调光。而且每一块板子元器件很少，PCB布板会变得简单很多，有利于该方案的推广。

进一步地，在LED调光装置和EMI滤波电路之间，在供电线上设置沿着电流方向正向偏置的二极管。

在电流的相同方向上，二极管正向偏置，允许直流母线电压经过。在电流的相反方向上，该二极管反向偏置，阻止反向电信号传输。因此，二极管与EMI滤波电路一起，可以阻止高频噪声和低频噪声从功率转换电路传送至外部交流电源或LED调光装置。二极管阻止了功率转换电路中的主开关切换时产生的高频噪声和低频噪声导致LED调光装置误动作。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是现有的LED驱动电源的电路框图。

图2是具有调光装置的现有LED驱动电源的电路框图。

图3是根据本实用新型实施例的LED驱动电源的电路框图。

图4是图3中的LED调光装置的示意性电路图。

图5a和5b是图4中的旁路栅极控制电路的两种实现方式。

图6为旁路过功率保护电路实现方式。

图7a和7b分别是MOS管Q4误导通发生时没有过功率保护和有过功率保护时的波形图。

图8为迟滞比较器模块实现方式。

图9为迟滞比较器模块的解耦波形图。

图10为相位检测模块实现方式。

图11为直流母线电压、旁路驱动和过零检测的波形图。

图12是图4中的LED调光装置集成在一个芯片时的管脚布局示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本实用新型的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本实用新型。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本实用新型。

本实用新型可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图3是根据本实用新型实施例的LED驱动电源的电路框图。该LED驱动电源300经由调光器130从外部的交流电源110接收交流输入电压，并且将所述交流输入电压转换成直流输出电压，从而驱动外部负载120，例如LED灯。

LED驱动电源300包括整流桥301、EMI滤波电路302、功率转换电路303、以及LED调光装置309。其中，整流桥301、EMI滤波电路302、功率转换电路303一起构成主电源电路。

整流桥301例如为全桥整流电路，用于将交流输入电压整流成直流母线电压Vh。整流桥301的第一输出端为高电位端，第二输出端为低电 位端。该第二输出端例如接地。功率转换电路303例如为包含主开关管的FLY-BACK型功率变换器，用于对直流母线电压Vh进行降压，以获得直流输出电压。如图3所示，供电线连接整流桥301的第一输出端和功率转换电路303的第一输入端，用于为后续电路提供直流母线电压Vh，接地线连接整流桥301的第二输出端和功率转换电路303的第二输入端。

在整流桥301的两个输出端之间连接LED调光装置309。在LED调光装置309和功率转换电路303之间，还连接有二极管D0和电磁干扰(EMI)滤波电路302。在该实施例中，LED调光装置309、二极管D0和EMI滤波电路302依次连接在整流桥301和功率转换电路303之间。

EMI滤波电路302例如是由电感和电容组成的低通滤波器，从而允许直流母线电压Vh从整流桥301提供至功率转换电路303，同时还阻止高频干扰噪声从功率转换电路303传送至外部交流电源300或LED调光装置309。

LED调光装置309为所述功率转换电路提供脉宽调制(PWM)信号PWM1，用于为功率转换电路303中的主开关管提供控制信号，从而通过改变PWM信号PWM1的占空比来控制输出电流的大小，以调节LED灯120的亮度。

与图2所示的现有LED驱动电源200不同，根据本实用新型实施例的LED驱动电源300中，LED调光装置309在不同的时间段，分别为外部的调光器130充电、为外部的LED负载、以及传输调光数据信号。

进一步地，LED调光装置309根据电力载波信号解析调光数据，并且采用调光数据产生PWM信号PWM1。

进一步地，LED调光装置309是独立于主电源电路的模块，因而可方便地在现有的LED驱动电源上添加智能调光功能。

进一步地，在LED调光装置309和EMI滤波电路302之间，在供电线上设置沿着电流方向正向偏置的二极管D0。

图4是图3中的LED调光装置的示意性电路图。LED调光装置309包括分别连接至整流桥301的输出端的供电电路306、旁路电路307和 解耦电路308。

供电电路306是一个稳定的电压源，用于根据直流母线电压Vh产生例如3.3V的供电电压，并且提供给解耦电路308。供电电路306可以有两种实现方式，一种是高压线性降压模块，另一种是开关电源模块。

旁路电路307包括旁路栅极控制电路310、旁路过功率保护电路311、MOS管(即，金属氧化物半导体场效应晶体管)Q2、MOS管Q4、电阻R10、R11、R16。

MOS管Q2、电阻R10和R11串联连接在供电线和地之间。MOS管Q4与电阻R11并联连接。在电阻R10和R11的中间节点获得表征流过MOS管Q2的电流的电流检测信号Vs。

旁路栅极控制电路310连接至MOS管Q2的栅极，并且产生第一控制信号DR2，以控制MOS管Q2的导通状态。解耦电路308产生第二控制信号Vcharge，并且经由电阻R16将第二控制信号Vcharge提供至MOS管Q4的栅极，以控制MOS管Q4的导通状态。

旁路过功率保护电路311连接在MOS管Q4的栅极和地之间，根据直流母线电压Vh改变MOS管Q4的栅极的对地阻抗。

进一步而言，旁路栅极控制电路310根据直流母线电压Vh高低产生第一控制信号DR2，例如方波信号。当方波为高的时候MOS管Q2导通，当方波为低的时候MOS管Q2断开。

进一步而言，当MOS管Q2的栅极电压为高且MOS管Q4断开时，调光器305、整流桥301、MOS管Q2、电阻R10、电阻R11就能形成通路。选择电阻R10和R11的阻抗，使得电阻R10的阻抗较小，电阻R11的阻抗较大。因此，流过MOS管Q2的电流由电阻R11决定，此时的电流较小。当MOS管Q2的栅极电压为高且MOS管Q4导通时，调光器305、整流桥301、MOS管Q2、电阻R10、MOS管Q4就能形成通路。流过MOS管Q2的电流较大。该电流为外部的调光器305提供充电电流。电流大小由调光器305的阻抗决定。此时，直流母线电压Vh基本上是在调光器305两端的电压降，从而为调光器305供电。

进一步而言，旁路过功率保护电路311根据直流母线电压Vh高低产生不同的对地阻抗。当直流母线电压Vh足够高，对地阻抗就会很小， 电阻R16和旁路过功率保护电路311分压，MOS管Q4的栅极电压会很低，从而防止MOS管Q4误导通使Q2承担高压且大电流损坏。

解耦电路308包括分别由供电电路306供电的迟滞比较模块312、相位检测模块313、数据解析模块U2。在该实例中，数据解析模块U2为单片机。

迟滞比较模块312从供电线接收直流母线电压Vh，以及将正弦波的电力线载波信号转化为方波信号。

相位检测模块313从旁路电路307接收第一控制信号DR2和电流检测信号Vs，并且产生第一相位信号INT0和第二相位信号INT1。

数据解析模块U2接收方波信号、第一相位信号INT0和第二相位信号INT1。数据解析模块U2根据方波信号解析调光器传输数据，从而产生不同的PWM信号，调节LED输出电流大小。在解析调光器传输数据时，数据解析模块U2根据第一相位信号INT0和第二相位信号INT1确认解析数据的相位。

根据LED调光的需求，数据解析模块U2可以提供多路PWM信号，以控制多路LED灯的调光。此外，数据解析模块U2还产生第二控制信号Vcharge并且提供给旁路模块307。

图5a和5b是图4中的旁路栅极控制电路310的两种实现方式，其中，分别采用比较器和分立器件组成基本电路。

如图5a所示，在第一实例中，旁路栅极控制电路310包括比较器Uc1。电阻R30和R31串联连接在供电线和地之间，从而获得与直流母线电压Vh相对应的分压信号。比较器Uc1的反相输入端接收分压信号，同相输入端接收参考电压Vref，输出端产生第一控制信号DR2。在该实例中，第一控制信号DR2为方波。

如图5b所示，在第二实例中，电阻R4、电阻R5、稳压管Z3和电阻R12依次串联连接在供电线和地之间，以组成分压网络，从而获得与直流母线电压Vh相对应的分压信号。电阻R6、电阻R9、电阻R21和MOS管Q3依次串联连接在供电线和地之间。MOS管Q3的栅极连接至稳压管Z3和电阻R12的中间节点。在电阻R9和电阻R21的中间节点提供第一控制信号DR2。

电阻R7和电容C2依次串联连接在电阻R6和R9的中间节点与地之间。电阻R8连接在电阻R7和电容C2的中间节点与电阻R9和电阻R21的中间节点之间。进一步地，稳压管Z2连接在电阻R9和电阻R21的中间节点与地之间。

进一步而言，通过电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C2、稳压管Z2，能把直流母线电压转化成直流电压，储存在电容C2两端，并通过稳压管Z2把MOS管栅极电压稳定在VZ2。通过电阻R4、电阻R5、稳压管Z3、电阻R12，就能把直流母线电压Vh分压成相位一致的直流脉动电压，给MOS管Q3的栅极。若是该电压超过MOS管Q3阈值电压，MOS管Q3导通，MOS管Q2栅极电压被电阻R21拉的足够低。此时，第一控制信号DR2的信号电平接近为零。反之MOS管Q3断开，MOS管Q2栅极电压就是VZ2。此时，第一控制信号DR2的信号电平等于VZ2。在该实例中，第一控制信号DR2为方波。

图6为旁路过功率保护电路实现方式。为了便于说明电路工作原理，在图6中还示出了旁路电路中与旁路过功率保护电路相关的电子器件。

结合参见图4的描述，MOS管Q2、电阻R10和R11串联连接在供电线和地之间。MOS管Q4与电阻R11并联连接。在电阻R10和R11的中间节点获得表征流过MOS管Q2的电流检测信号Vs。MOS管Q4经由电阻R16从数据解析模块U2接收第二控制信号Vcharge。

参见图6，在旁路过功率保护电路311中，电阻R13、R14和R15依次串联连接在供电线和地之间，从而获得与直流母线电压Vh相对应的分压信号。三极管Q5连接在MOS管Q4的栅极与之间，并且基极连接至电阻R14和R15的中间节点，以获得分压信号作为控制信号。

进一步而言，当直流母线电压Vh足够高，通过电阻R13、R14、R15分压，在三极管Q5的基极和发射极形成一定电流，三极管Q5的集电极和发射极之间有较大的下拉电流能力，可以把MOS管Q4的栅极的第二控制信号Vcharge强行拉低，防止MOS管Q4误导通。当直流母线电压Vh很低时，通过电阻R13、R14、R15分压，不足以击穿三极管Q5基极和集电极，三极管Q5就断开，呈现高阻抗，MOS管Q4的栅极的第二控制信号Vcharge维持自身的信号电平。在该实施例中，三极管Q4 也可以是MOS管等其他开关性元器件。

图7a和7b分别是MOS管Q4误导通发生时没有过功率保护和有过功率保护时的波形图。

如上所述，LED调光装置在不同的时间段分别为调光器130充电以及为功率转换电路303传输功率。在每个半工频周期中，整流桥产生的直流母线电压Vh为缺相的直流脉动电压。

在直流脉动电压的缺相阶段，调光器130的阻抗比作为负载的LED的阻抗大很多，位于整流桥外部的调光器130的两端承受基本上全部的电压降，使得位于整流桥输出的直流母线电压Vh缺相。在直流脉动电压的功率传输阶段，直流脉动电压施加至调光器130和LED二者。调光器阻抗比LED阻抗小很多。

数据解析模块U2提供第二控制信号Vcharge，以控制旁路电路中的MOS管Q4的导通状态。如果第二控制信号Vcharge持续时间过长，则可能导致MOS管Q4误导通。

如图7a所示，如果在直流脉动电压的功率传输阶段，第二控制信号Vcharge波形不正常，在没有过功率保护的情形下，MOS管Q2和MOS管Q4同时导通。结果，流过MOS管Q2的电流很大，两端电压也很高，MOS管Q2过功率会被烧毁。

如图7b所示，如果在直流脉动电压的功率传输阶段，第二控制信号Vcharge波形不正常，在有过功率保护的情形下，MOS管Q2和MOS管Q4中的MOS管Q2单独导通。在第二控制信号Vcharge波形不正常发生时，直流母线电压Vh也为高电平。旁路过功率保护电路311中的电阻R13、R14和R15将接收到的直流母线电压Vh分压，使得三极管Q5饱和导通，将MOS管Q4的栅极的第二控制信号Vcharge拉低，使得MOS管Q4断开。在MOS管Q2导通的状态下，MOS管Q2中流过的电流I1＝(Vh-Vgs)/(R10+R11)。

在上述有过功率保护的情形下，当LED两端电压为一定值时，MOS管Q4栅极的控制电压会被过功率保护电路拉低，使得MOS管Q4断开，流过Q2的电流还是正常的I1大小。

图8为迟滞比较器模块实现方式。在迟滞比较器312中，电容C5、 电阻R17和R18依次串联连接在供电线和比较器Uc2的反相输入端之间。电阻R20和R19串联连接在供电电路306的输出端和地之间，电阻R20和R19的中间节点与电阻R17和电阻R18的中间节点连接，从而提供直流偏置电压。电阻R22和R21串联连接在供电电路306的输出端和地之间，电阻R22和R21的中间节点连接至比较器Uc2的同相输入端，从而提供参考电压。电阻R23连接在比较器Uc2的输出端和同相输入端之间。

比较器Uc2还接收第一控制信号DR2，从而在第一控制信号DR2的控制下工作，以防止错误判断。

进一步而言，电容C5和电阻R17组成高通滤波器，接收直流母线电压Vh，并仅允许高频的数据信号能通过，工频频率的载波不能通过。电阻R19和R20提供直流偏置电压，电阻R22和R21提供参考电压，电阻R23为迟滞比较器的正反馈电阻。通过高通滤波器和迟滞比较器相互结合，就能解出电力线载波信号Cpo。

图9为迟滞比较器模块的解耦波形图。直流母线电压Vh的至少一部分时间段用于调制调光数据，在该实施例中，在每个半工频周期中，调制阶段为直流母线电压Vh减小为零的下降阶段。也即，直流母线电压的上升阶段用于调光器130的供电，中间阶段用于功率传输，下降阶段用于调光数据传输。

在功率传输阶段，比较器Uc2的同相输入端的参考电压低于反相输入端的电压，比较器Uc2输出的电力载波信号Cpo为低电平。

在数据传输阶段，当数据下降沿到来的时候，调光数据信号经由高通滤波器到达比较器Uc2的反相输入端，使得反相输入端电压下降。一旦反相输入端低于同相输入端电压，比较器Uc2输出的电力载波信号Cpo为高。同时，通过反馈电阻R23，同相输入端的偏置电压上升。

进一步地，在数据传输阶段，当数据上升沿到来的时候，调光数据信号经由高通滤波器到达比较器Uc2的反相输入端，使得反相输入端电压升高。一旦反相输入端高于同相输入端电压，比较器Uc2输出的电力载波信号Cpo为低。同时，通过反馈电阻R23，同相输入端的偏置电压降低。

因此，在数据传输阶段，周而复始，比较器Uc2检测到数据的下降沿和上升沿，产生相应的方波信号，从而获得电力载波信号Cpo。电力载波信号Cpo与直流母线电压Vh的信号传输阶段的波形相对应，进一步传送至数据解析模块U2用于解析数据，产生对应PWM信号来调制LED亮度。

比较器Uc2还受到第一控制信号DR2的控制下工作，以防止错误判断。

在T0-T1阶段，当第一控制信号DR2为低电平的时候，该比较器Uc2模块不能工作，防止错误判断，比较器Uc2输出默认为低电平。

在T1时刻，当第一控制信号DR2上升沿到来的时候，比较器Uc2开始工作并且默认输出电平为低电平。相当于电阻R23和R21对地并联，和R22分压，从参考电压获得一个较低的偏置电压。该偏置电压传递到比较器Uc2的同相输入端。此时，电容C5和电阻R17组成高通滤波器，阻抗很大，电阻R19和电阻R20分压，得到一个偏置电压。通过电阻R18传递到比较器Uc2的反相输入端，此时反相输入端比同相输入端电压高，输出为低电平。

在T3时刻，直流母线电压Vh的调光数据信号出现，开始数据传输阶段。调光数据信号通过高通滤波器C5和电阻R17、R19形成回路。调光数据信号在数据传输阶段开始出现的是下降沿，将比较器Uc2的反相输入端电压往下拉，直到下降沿结束。当比较器Uc2的反相输入端电压低于同相输入端电压，比较器Uc2输出端为高电平，并且通过反馈电阻R23把比较器Uc2的同相输入端偏置电压抬高。当调光数据信号的下降沿结束，比较器Uc2反相输入端电压也开始回到正常偏置点。

在T4时刻，调光数据信号的上升沿出现。调光数据信号通过高通滤波器C5和电阻R17、R19形成回路，调光数据信号的上升沿将比较器Uc2的反相输入端电压往上拉，直到上升沿结束。当比较器Uc2的反相输入端电压高于同相输入端电压，比较器Uc2输出端为低电平，并且通过反馈电阻R23把比较器Uc2的同相输入端偏置电压下降。

在T5时刻，调光数据信号的下一个下降沿出现，比较器Uc2的输出端电平与T3时刻类似。

在T6时刻，调光数据信号的下一个上升沿出现，比较器Uc2的输出端电平与T4时刻类似。

直至T2时刻，直流母线电压Vh的下降阶段结束，数据传输阶段也相应结束。因此，在数据传输阶段，周而复始，比较器Uc2检测到数据的下降沿和上升沿，产生相应的方波信号，从而获得电力载波信号Cpo。

图10为相位检测模块实现方式。为了便于说明电路工作原理，在图6中还示出了旁路电路中与相位检测模块相关的电子器件。

相位检测模块313中根据电流检测信号Vs产生过零检测信号ZVD，根据第一控制信号DR2产生同步信号SYN，分别提供给数据解析模块U2的两个中断输入端INT0和INT1。

在相位检测模块313中，电阻R35和三极管Q6依次串联连接在在供电电路306的输出端和地之间。电阻R25和R24组成分压网络，以获得与电流检测信号Vs相对应的分压信号。三极管Q6在分压信号的控制下工作，并且在电阻R35和三极管Q6的中间节点提供过零检测信号ZVD。

电阻R26和R27组成分压网络，在二者的中间节点产生同步信号SYN。电容C6与电阻R27并联连接。

进一步而言，在直流母线电压Vh的过零点，电流检测信号Vs为零。通过电阻R24、R25后，三极管Q6基极电压也为零，三极管Q6断开，过零检测信号ZVD为高电平。在直流母线电压Vh的非过零点，电流检测信号Vs足够时，三极管Q6的基极和发射极仍然击穿，三极管Q9的集电极和发射极之间导通，过零检测信号ZVD为低电平。因此，根据过零检测信号ZVD的电平高低不同，就可以判断直流母线电压Vh是否处于过零点。

相位检测模块313采用MOS管Q2的栅极电压，即第一控制信号DR2产生同步信号SYN。电阻R26和R27将第一控制信号DR2分压至足够低，以防止超过数据解析模块U2的电源电压Vcc。电容C6用于滤除毛刺，防止干扰。该同步信号SYN用于指示旁路电路309中的MOS管Q2的导通状态，使得数据解析模块U2与旁路电路同步工作。在一个实例中，数据解析模块U2根据所述同步信号的上升沿开始数据解析， 以及根据所述过零检测信号的上升沿停止数据解析。

图11为直流母线电压、旁路驱动和过零检测的波形图。

结合图4、10和11，在旁路电路307中，旁路栅极控制电路310根据直流母线电压Vh，产生第一控制信号DR2。第一控制信号DR2为方波，用于控制MOS管Q2的导通时间。如果第一控制信号DR2为高电平，则MOS管Q2导通，反之MOS管Q2断开。

当直流母线电压Vh作用在LED上，且MOS管Q4断开，MOS管Q2中流过的电流I1＝(Vh-Vgs)/(R10+R11)。

当调光器130的阻抗很大时，直流母线电压Vh作用在调光器130上，且MOS管Q4导通，MOS管Q2中流过的电流I2＝(Vh-Vgs)/(R10)。电阻R10很小，I2可以很大，LED的阻抗基本为零。此时MOS管Q2中流过的电流由调光器130的阻抗决定。

当第一控制信号DR2为高电平，直流母线电压Vh电压大于零，此时MOS管Q2中流过的电流为I1。电阻R11上获得的电流检测信号Vs驱动解耦电路308中相位检测模块313的三极管Q6，使得三极管Q6导通，过零检测信号ZVD为低电平。当直流母线电压Vh过零点时，此时MOS管Q2中流过的电流为零，电阻R11上的电压无法驱动三极管Q6导通，过零检测信号ZVD为高电平。当MOS管Q2断开，过零检测信号ZVD也为高电平。数据解析模块U2就能根据INT0开始解耦，INT1解耦结束；并根据DR2为高电平，ZVD为上升沿时，判断为正弦波的过零点，从而提供第二控制信号Vcharge，从而为调光器130供电。

当第一控制信号DR2为高电平的时候，并且MOS管Q4断开，直流母线电压Vh足够高，MOS管Q2中流过的电流I1＝(Vh-Vgs)/(R10+R11)。电阻R11上获得的电流检测信号Vs足够高，仍然能驱动三极管Q6饱和导通，过零检测信号ZVD为低电平。当第一控制信号DR2为高电平，但是直流母线电压Vh为谷底甚至缺失的时候，电阻R11上获得的电流检测信号Vs基本为零，三极管Q6断开，过零检测信号ZVD为高电平。

当第一控制信号DR2为高电平，并且直流母线电压Vh电压又足够高，过零检测信号ZVD为低电平。当第一控制信号DR2为低电平，电 流检测信号Vs基本为零，过零检测信号ZVD也为高电平。周而复始，过零检测信号ZVD为与直流母线电压Vh电压相位同步的方波。

在解耦电路308的相位检测模块313中，根据第一控制信号DR2产生同步信号SYN，用于指示旁路电路309中的MOS管Q2的导通状态，使得数据解析模块U2与旁路电路同步工作。

在解耦电路的数据解析模块U2中，两个中断输入端INT0和INT1分别接收过零检测信号ZVD和同步信号SYN，结合二者就能判断出直流母线电压Vh的真正过零点。

图12是图4中的LED调光装置集成在一个芯片时的管脚布局示意图。除了功率元器件和电容无法集成，将图4所示电路的线性降压模块U7、数据解析模块U2和多个分立元器件都集成在一个芯片U1上。如图12所示，芯片U1的内部芯片和元器件的附图标记和连接关系与图4相同，因此不再详述。

采用图12的集成方案，通过将多个分立元器件集成在一个芯片上，外围元器件减少，就能更加简单方便得实现调光。该集成方案可以更好得使分立器件集成化，减小布板体积、难度，降低方案成本，更易推广。

应当说明的是，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“包括一个……”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。

依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改 使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (17)

1.一种LED调光装置，其特征在于，包括：

旁路电路，所述旁路电路具有用于接收直流母线电压的第一输入端、用于接收第二控制信号的第二输入端、用于提供第一控制信号的第一输出端、以及用于提供电流检测信号的第二输出端，

以及解耦电路，所述解耦电路具有用于接收直流母线电压的第一输入端、用于接收第一控制信号的第二输入端、用于接收电流检测信号的第三输入端、用于提供脉宽调制信号的第一输出端、以及用于提供第二控制信号的第二输出端，

其中，所述旁路电路根据所述直流母线电压产生所述第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述旁路电路的导通状态，在所述旁路电路导通时，所述直流母线电压经由所述旁路电路的主电流路径接地，所述电流检测信号表征所述主电流路径中流过的电流，

所述解耦电路根据所述第一控制信号和所述电流检测信号，从直流母线电压中解析出调光数据信号，并且根据所述调光数据信号产生所述脉宽调制信号。

2.根据权利要求1所述的LED调光装置，其特征在于，所述解耦电路与所述旁路电路同步工作。

3.根据权利要求1所述的LED调光装置，其特征在于，所述旁路电路在导通时的阻抗根据所述第一控制信号改变。

4.根据权利要求1所述的LED调光装置，其特征在于，还包括供电电路，所述供电电路具有用于接收直流母线电压的第一输入端、用于接地的第二输入端和用于提供稳定的供电电压的输出端。

5.根据权利要求1所述的LED调光装置，其特征在于，所述旁路电路还包括：

旁路栅极控制电路，所述旁路栅极控制电路具有输入端和输出端，所述旁路栅极控制电路在输入端接收直流母线电压，将所述直流母线电压与第一参考电压相比较，以产生所述第一控制信号，以及在输出端提供所述第一控制信号；以及

串联连接在所述旁路电路的第一输入端和地之间的第一MOS管、第一电阻和第二电阻，

其中，所述旁路栅极控制电路的输出端连接第一MOS管的控制端，从而所述第一控制信号控制第一MOS管的导通时间，

所述旁路栅极控制电路的输出端连接至所述旁路电路的第一输出端，从而在所述第一输出端提供所述第一控制信号，

所述第一电阻和第二电阻的中间节点连接到所述旁路电路的第二输出端，从而在所述第二输出端提供所述电流检测信号。

6.根据权利要求5所述的LED调光装置，其特征在于，所述旁路电路还包括：

第二MOS管，连接在所述第一电阻和第二电阻的中间节点与地之间；以及

第三电阻，连接在所述旁路电路的第二输入端和所述第二MOS管的控制端之间，

其中，所述第二MOS管在所述第二控制信号的控制下，至少在所述第一控制信号的高电平期间的一个时间段中处于导通状态，从而在所述一个时间段中为所述LED调光装置外部的调光器供电。

7.根据权利要求6所述的LED调光装置，其特征在于，所述旁路电路还包括：

旁路过功率保护电路，所述旁路过功率保护电路具有输入端和输出端，所述旁路过功率保护电路在输入端接收直流母线电压，根据直流母线电压的高低产生不同的对地阻抗，以及在输出端提供所述对地阻抗，

其中，当所述直流母线电压高于预定值时，所述旁路过功率保护电路呈现对地低阻抗，从而拉低所述第二MOS管的控制端电压，防止第二MOS管误导通，以保护第一MOS管。

8.根据权利要求1所述的LED调光装置，其特征在于，所述解耦电路还包括：

迟滞比较器模块，所述迟滞比较器模块具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述迟滞比较模块在第一输入端接收第二参考电压，在第二输入端接收所述直流母线电压或者所述直流母线电压与直流偏置信号 的叠加信号，将所述直流母线电压转换为模拟信号从所述模拟信号获得所述调光数据信号，并且在输出端提供所述调光数据信号；以及

数据解析模块，所述数据解析模块具有第一输入端和第一输出端，所述数据解析模块在所述第一输入端接收所述调光数据信号，根据所述调光数据信号获得调光数据以产生所述脉宽调制信号，并且在所述第一输出端提供所述脉宽调制信号。

9.根据权利要求8所述的LED调光装置，其特征在于，所述数据解析模块在所述第一控制信号有效时解析，产生所述脉宽调制信号。

10.根据权利要求8所述的LED调光装置，其特征在于，所述迟滞比较器包括：

高通滤波器，所述高通滤波器阻止所述直流母线电压的工频分量通过，仅允许所述直流母线电压上调制的高频信号通过；以及

第一比较器，所述第一比较器用于将所述高频信号与第二参考电压相比较，以产生所述调光数据信号。

11.根据权利要求8所述的LED调光装置，其特征在于，所述解耦电路还包括：

相位检测模块，所述相位检测模块具有第一输入端、第二输入端和第三输入端，以及第一输出端和第二输出端，

所述相位检测模块分别在所述第一输入端、所述第二输入端和所述第三输入端分别接收所述电流检测信号、所述供电电压和所述第一控制信号，根据所述第一控制信号产生同步信号，并且在所述第二输出端提供所述同步信号，

其中，所述数据解析模块还具有第二输入端和第三输入端，分别接收过零检测信号和所述同步信号，以及执行相应的中断控制。

12.根据权利要求11所述的LED调光装置，其特征在于，所述相位检测模块根据所述电流检测信号获得过零检测信号，并且在所述第一输出端提供所述过零检测信号。

13.根据权利要求1所述的LED调光装置，其特征在于，所述直流母线电压为直流脉动电压，

在所述旁路电路导通期间，利用所述直流母线电压的上升阶段为所 述LED调光装置外部的调光器供电，利用所述直流母线电压的下降阶段为所述LED调光装置自身传输调光数据，以及

在所述旁路电路断开期间，利用所述直流母线电压的中间阶段为所述LED调光装置外部的LED负载传输功率。

14.根据权利要求1所述的LED调光装置，其特征在于，将所述旁路电路、所述解耦电路和所述供电电路的至少一些元器件集成在一个芯片中。

15.一种LED驱动电源，用于将外部交流电源提供的交流输入电压转换成直流输出电压，以驱动外部的LED负载，其特征在于，所述LED驱动电源包括：

主电源电路，所述主电源电路连接在外部交流电源和LED负载之间；以及

根据权利要求1至14中任一项所述的LED调光装置，

其中，所述LED调光装置与所述主电源电路连接以控制主电源电路的输出电流。

16.根据权利要求15所述的LED驱动电源，其特征在于，所述主电源电路包括：

整流桥，用于将交流输入电压转换成直流脉动电压，作为直流母线电压；

功率转换电路，用于在脉宽调制信号的控制下将直流母线电压转换成直流输出电压；

EMI滤波电路，连接在整流桥和功率转换电路之间，用于阻止功率转换电路产生的高频噪声干扰，

其中，所述LED调光装置连接在所述整流桥和所述EMI滤波电路之间，并且为所述功率转换电路提供脉宽控制信号。

17.根据权利要求16所述的LED驱动电源，其特征在于，还包括二极管，所述二极管连接在所述LED调光装置和所述EMI滤波电路之间，并且沿着电流方向正向偏置，所述二极管与EMI滤波电路一起阻止高频噪声和低频噪声从功率转换电路传送至LED调光装置。