CN207926988U - 灯光状态调节控制器和控制系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种灯光状态调节控制器和控制系统。该控制器包括峰值电流比较器、PWM控制器、功率开关、状态检测器和状态机。峰值电流比较器根据峰值电流采样信号和基准电压的比较结果产生PWM关断信号。PWM控制器在PWM关断信号和状态控制信号的控制下输出PWM控制信号和基准电压，其中状态控制信号控制PWM控制信号的状态。状态检测器检测PWM控制信号或者PWM控制信号的等效信号的状态变化，输出状态输入信号。状态机根据状态输入信号产生多个状态，且输出反映多个状态的状态控制信号。

Description

灯光状态调节控制器和控制系统
技术领域
本实用新型主要涉及灯具的灯光状态调节，尤其涉及一种灯光状态调节控制器和控制系统。
背景技术
在发光二极管(LED)应用中，开关状态控制被广泛地应用在许多灯具的控制中。与许多智能调光控制相比，这种控制具有系统简单、成本低、可替代性强等优点。
图1是现有开关调光控制系统示意图。参考图1所示，目前常见的开关调光控制系统100包括输入整流器110、灯光状态调节控制电路120以及输出级电路130。图1的开关调光控制系统100中，二极管D5、电阻R1和电容C1构成了状态采样电路，用来采样整流桥前开关的状态。直接检测整流桥前端的零线或火线电压，通过主回路开关(墙壁开关)SW的一关、一开两个动作，在灯光状态调节控制器121的检测引脚DET上产生一个状态控制信号。灯光状态调节控制器121内部集成放电回路，在开关断开时拉低DET引脚的电压，实现状态切换，进而改变输出负载(即LED)的状态。
这种调光控制系统的优点是响应速度快，而且不受输出负载的影响。当开关SW一断开，隔离二极管D5瞬间反偏，导致检测引脚DET上的电压迅速降低，从而形成有效状态控制信号，使灯光状态调节控制器121的PWM控制状态快速改变，从而实现对LED输出电流的调制。
但是这种调光控制系统也有其缺点。首先，需要额外增加对开关状态进行采样的元器件，导致系统成本增加；其次，如果在整流桥前加入X电容C1，当开关SW断开时，由于X电容的电压保持作用会导致放电时间常数增加，有效状态控制信号的形成时间加长，从而易造成开关状态误动作。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供灯光状态调节控制器和控制系统，可以省去用于状态采样的元器件。
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种灯光状态调节控制器，包括峰值电流比较器、PWM控制器、功率开关、状态检测器和状态机。峰值电流比较器具有第一输入端和第二输入端，其第一输入端输入基准电压，其第二输入端输入峰值电流采样信号，所述峰值电流比较器根据所述峰值电流采样信号和所述基准电压的比较结果产生PWM关断信号。PWM控制器的第一输入端输入所述PWM关断信号，第二输入端输入状态控制信号，所述PWM控制器在所述PWM关断信号和状态控制信号的控制下输出PWM控制信号和所述基准电压，其中所述状态控制信号控制所述PWM控制信号的状态。功率开关的控制端连接所述PWM控制信号。状态检测器的输入端输入所述PWM控制信号或者所述PWM控制信号的等效信号，所述状态检测器检测所述PWM控制信号或者所述PWM控制信号的等效信号的状态变化，输出状态输入信号。状态机的输入端输入所述状态输入信号，所述状态机根据所述状态输入信号产生多个状态，且输出反映所述多个状态的所述状态控制信号。
在本实用新型的一实施例中，所述状态检测器包括：PMOS开关、放电电流源、延迟滤波电容和倒相器，所述PMOS开关的栅极连接所述PWM控制信号，所述PMOS开关的源极连接电源，所述PMOS开关的漏极经所述放电电流源接地，所述滤波电容连接在PMOS开关的漏极与地之间，所述倒相器的输入端连接所述PMOS开关的漏极，输出端输出所述状态输入信号。
在本实用新型的一实施例中，所述状态控制信号包括多位二进制编码。
在本实用新型的一实施例中，所述PWM控制信号的状态包括频率、占空比、使能或禁止输出。
在本实用新型的一实施例中，所述PWM控制器包括译码器、时钟发生器、参考电压发生器和触发器，所述译码器输入所述状态控制信号，且分别产生第一控制字和第二控制字，所述第一控制字输入所述时钟发生器以控制所述时钟发生器输出的时钟信号的频率，所述第二控制字输入所述参考电压发生器以控制所述参考电压发生器输出的基准电压的电压值，所述时钟信号和所述PWM关断信号输入所述触发器的时钟控制引脚，所述基准电压输入所述峰值电流比较器，所述触发器产生所述PWM控制信号
本实用新型还提出一种灯光状态调节控制系统，包括依次连接输入整流器、灯光状态调节控制电路以及输出级电路，所述灯光状态调节控制电路包括如上所述的灯光状态调节控制器。
在本实用新型的一实施例中，灯光状态调节控制系统还包括电流采样电阻，所述电流采样电阻连接在所述输入整流器的负输出端与所述峰值电流比较器之间。
在本实用新型的一实施例中，所述PWM控制器在所述状态控制信号的控制下输出占空比变化或频率变化的PWM控制信号。因此，通过占空比变化或频率变化的PWM控制信号改变输出级电路中的负载亮度。
在本实用新型的一实施例中，灯光状态调节控制系统包括多个所述灯光状态调节控制器和对应的多个输出级电路，各灯光状态调节控制器的状态机输出不同的状态控制信号，各灯光状态调节控制器的PWM控制器相互独立。因此在各状态控制信号的控制下，各灯光状态调节控制器的PWM控制器相互独立地处于使能或禁止输出状态，从而使多个输出级电路的负载组成不同的亮、暗组合。
在本实用新型的一实施例中，各灯光状态调节控制器的状态检测器均连接到一同步检测信号。
与现有技术相比，本实用新型直接根据PWM信号产生多个状态信号，从而省去用于开关状态采样的元器件以及状态检测引脚，并且消除X电容对开关状态检测造成的影响；另外，由于PWM的频率高、状态变化迅速，因此本实用新型可以及时响应开关状态的变化。
附图说明
图1是现有开关调光控制系统示意图；
图2是本实用新型一实施例的灯光状态调节控制系统及其控制器示意图；
图3是本实用新型一实施例的用于灯光状态调节控制的状态机示意图；
图4是根据本实用新型一实施例的开关灯光状态调节控制器的示例性PWM控制器。
图5是根据本实用新型一实施例的灯光状态调节的波形图；
图6是本实用新型一实施例的灯光状态调节控制器的示例性状态检测器；
图7A、图7B是本实用新型一实施例的灯光状态调节控制器的示例性状态机；
图8是本实用新型另一实施例的灯光状态调节控制系统及其控制器示意图；
图9是本实用新型另一实施例的灯光状态调节控制系统的灯光状态调节控制器中的示例性状态检测器；
图10A-10C是本实用新型另一实施例的灯光状态调节控制系统的灯光状态调节控制器中的示例性状态机；
图11是本实用新型又一实施例的灯光状态调节控制系统的示意图。
图12是根据本实用新型一实施例的灯光状态调节控制过程的流程图。
具体实施方式
为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
本实用新型的实施例提出一种灯光状态调节控制系统以及灯光状态调节控制器，可以省去用于开关状态采样的元器件以及状态检测引脚，并且消除X电容对开关状态检测造成的影响。
实施例一
图2是本实用新型一实施例的灯光状态调节控制系统及控制器示意图。参考图2所示，本实施例的灯光状态调节控制系统200可为用于降压型(Buck)LED驱动的系统。系统200主要包括输入整流器210、灯光状态调节控制电路220以及输出级电路230。输入整流器210的输入端连接交流电源Vac，且在输入端设置开关SW。开关SW可设置在零线或者相线上。输入整流器210是一个典型的整流桥。在图2所示实施例中，整流桥可以是由四个分立二极管D1～D4构成的整流桥。在其他实施例中，整流器可以是集成的整流桥芯片。
在输入整流器210和灯光状态调节控制电路220之间设置输入电容Cin。
灯光状态调节控制电路220可包括灯光状态调节控制器221、电流采样电阻Rs和续流二极管DX。灯光状态调节控制器221具有电流采样引脚CS、驱动引脚Drain和接地引脚GND，电流采样引脚CS通过电流采样电阻Rs连接输入整流器210的负端。驱动引脚Drain连接灯光状态调节控制电路220的负输出端。接地引脚GND接地。续流二极管Dx连接在灯光状态调节控制电路220的正输出端和负输出端之间。为简化起见，本实施例未描述开关灯光状态调节控制器221的其他引脚，例如电源引脚。本领域技术人员可以根据本领域已有知识设计这些引脚，在此不再展开。
输出级电路230可包括功率电感L和LED负载。LED负载连接在灯光状态调节控制电路220的正输出端和负输出端之间。功率电感L一端连接灯光状态调节控制电路220的负输出端(驱动引脚Drain处)，另一端连接LED负载的阴极。
开关灯光状态调节控制器221配置为能够将功率开关NM0的PWM控制信号(或其等效信号)作为反映开关状态的状态指示信号，并且通过对此信号进行处理形成有效的状态控制信号，进而对LED的驱动电流状态进行控制。为此，开关灯光状态调节控制器221可包括峰值电流比较器(OCP)231、状态检测器232、状态机233、PWM控制器234和功率开关NM0。峰值电流比较器231的其中一输入端(图中为正输入端)输入基准电压Vref，另一输入端连接电流采样引脚CS。峰值电流比较器231会根据峰值电流采样信号产生PWM关断信号CT。具体地说，检测功率开关NM0导通时Rs电阻上所采样的峰值电流采样信号Vcs，当该峰值电流采样信号Vcs等于基准电压Vref时，产生PWM关断信号CT。
在本实用新型的实施例中，PWM控制信号的等效信号可以是包含了其高频脉冲信号部分和恒定电平部分的信号，例如功率开关NM0的漏极输出Vd。
PWM控制器234有两个输入信号，一个是峰值电流比较器231输出的PWM关断信号CT，另一个是状态机233输出的状态控制信号DT。PWM控制器234可以在PWM关断信号CT和状态控制信号DT的控制下输出PWM控制信号和提供给峰值电流比较器231的基准电压Vref。其中，PWM控制器234根据状态控制信号DT产生基准电压。在此，状态控制信号DT控制PWM控制信号的状态。举例来说，状态例如是频率、占空比、使能或禁止输出。具体地说，当开关SW处于导通状态时，PWM控制信号以高频脉冲形式驱动功率开关NM0；当开关SW关断时，电网停止向输出LED负载提供能量，只有输入电容Cin给输出负载提供能量，因此，输入电容Cin上的电压将逐渐降低。当输入电容Cin上的电压VCin低于LED负载的导通压降时，峰值电流采样信号Vcs将无法达到峰值电流比较器231的阈值电压Vref，因此也就无法产生PWM关断信号CT，因此，PWM控制信号将处于长通(高电平)状态。
状态检测器232对PWM控制信号随着开关SW进行开关切换时发生的状态变化进行检测及处理，形成状态输入信号ST。
该信号ST作为状态机233的状态输入信号ST控制状态机233的状态变化。状态机233根据状态输入信号ST产生多个状态，且输出反映这些状态的状态控制信号DT。状态机233输出的状态控制信号DT通过控制PWM控制信号的状态(例如频率、占空比、使能或禁止输出)进而控制输出电流的状态。
用来控制状态机233的状态输入信号ST可以是一个方波信号，它是由PWM信号产生的。当PWM信号处于开关状态时，ST为低电平；当PWM信号变为持续高电平，ST变为高电平。状态输入信号ST的产生示例可以参考图5所示。当然，状态输入信号ST的电平也可以是反相的。图3是本实用新型一实施例的用于灯光状态控制的状态机示意图。参考图3所示，当Toff满足条件：
T1＜Toff＜T2 (1)
状态会由初始状态(状态1)依次切换到状态2，状态3.....，并最终回到状态1，其中T1,T2是系统设定的时间常数。当：
Toff＜T1 (2)
状态不发生改变；当：
Toff＞T2 (3)
所有的状态都将回到初始状态(状态1)。
本实施例对状态的数量不做限定，状态可以是2个或者更多个。
图5是根据本实用新型一实施例的灯光状态调节控制的波形图。结合图2和图5所示，当开关SW进入导通(on)状态，PWM控制器234输出的PWM控制信号为高频的脉宽调制信号；当开关SW进入关断(off)状态，经过整流的输入电压Vin逐渐降低。当输入电压Vin低于LED的导通电压时，PWM控制器234输出的PWM控制信号停止高频脉宽调制并且一直处于高电平，并且导致状态检测器232所输出的状态输入信号ST由低变高；当开关SW再次导通，输入电压Vin迅速升高，PWM控制信号重新变为高频的脉宽调制信号，导致状态输入信号ST降为低电平，并且其下降沿导致状态机233的状态控制信号DT发生状态切换。依次切换开关SW可以使状态机233的状态在状态1到状态n之间循环。
状态控制信号DT输入至PWM控制器234，可以控制PWM控制器输出的PWM控制信号的频率和占空比，从而控制输出到负载的电流，进而控制LED负载的亮度。
下面描述本实用新型实施例的开关灯光状态调节控制器的各部件的示例性细节。可以理解的是，下面示例性细节是为了说明的目的而提供的，而并非为了限定本申请的范围。对于本领域普通技术人员而言，可在本申请的教导下进行各种变形和修改。然而，那些变形和修改并不脱离本申请的范围。
图4是根据本实用新型一实施例的开关灯光状态调节控制器的示例性PWM控制器。如图所示，PWM控制器234可包括译码器401、时钟发生器402、参考电压发生器403和触发器404。状态控制信号DT输入一个译码器401，分别产生两组控制字DL1、DL2。DL1、DL2分别输入时钟发生器402和参考电压发生器403，并分别控制时钟发生器402输出的时钟信号CLK的频率和参考电压发生器403输出的参考电压Vref的电压值。时钟信号CLK输入触发器404的时钟控制引脚，从而控制触发器404输出的PWM信号的频率；而Vref信号输入峰值电流比较器231(如图2所示)，从而控制PWM的占空比。因此，状态控制信号DT可以通过时钟发生器402和参考电压发生器403同时控制PWM信号的频率和占空比，并可以通过控制时钟信号来控制PWM信号的“禁止”和“使能”状态(例如时钟信号持续为逻辑“0”则“禁止”态，时钟信号输出正常脉冲信号则为“使能”态)。
图6是本实用新型一实施例的开关灯光状态调节控制器的示例性状态检测器。参考图6所示，状态检测器232可包括PMOS开关PM1、放电电流源Iz、延迟滤波电容Cd和倒相器501。结合参考图5所示，放电电流源Iz和滤波电容Cd的作用是滤除作为状态指示信号的PWM控制信号的高频脉宽调制脉冲，得到一个方波信号，即状态输入信号ST。可以理解，存在其他将图5所示的PWM控制信号转换为ST信号的电路，例如放电电流源也可以是一个电阻。
图7A和图7B是本实用新型一实施例的灯光状态调节控制器的示例性状态机。在此示例中，该状态机233在状态输入信号ST的控制下输出2bit的状态控制信号DT1,DT2。如图7A所示，状态机233可包括D触发器601、602以及或非门603。D触发器601、602的时钟端输入状态输入信号ST。D触发器601的Q端连接D触发器602的D端和或非门603的其中一输入端，D触发器602的Q端连接或非门603的另一输入端。或非门603的输
——出端连接D触发器601的D端。D触发器601的Q端和D触发器602的Q端分别输出状态控制信号DT1和DT2。PG信号是一个上电清零信号，给状态机233设置初始状态。状态机233的工作波形图如图7B所示。状态输入信号ST的下降沿触发状态控制信号DT1,DT2的变化。状态控制信号DT1,DT2在11,01,10之间循环变化。
实施例二
图8是本实用新型另一实施例的灯光状态调节控制系统及其控制器示意图。如图8所示，灯光状态调节控制系统800主要包括输入整流器210、灯光状态调节控制电路220以及输出级电路230。与实施例一不同的是，本实施例的灯光状态调节控制电路220包含两个灯光状态调节控制器221a和221b。这两个灯光状态调节控制器221a和221b的不同之处是状态机233a、233b不同。两个状态机233a、233b的组合可以实现色温调节的功能。例如，灯光状态调节控制器221a对应暖光LED，灯光状态调节控制器221b对应冷光LED，可以通过暖光LED和冷光LED的组合来实现色温调节。另外，为了使状态检测同步，可以增加一个输入/输出引脚LAND，把两个灯光状态调节控制器221a和221b的LAND引脚连接在一起。
图9是本实用新型另一实施例的灯光状态调节控制系统的灯光状态调节控制器中的示例性状态检测器。与图6中的电路有所不同，本实施例增加了一个输入/输出引脚LAND，灯光状态调节控制器221a和221b的LAND引脚连接在一起，以引入同步检测信号，确保状态检测器232a和232b的状态检测同步。
图10A-10C是本实用新型另一实施例的灯光状态调节控制系统的灯光状态调节控制器中的示例性状态机，其中图10A、图10B分别是灯光状态调节控制器221a和221b的状态机232a和232b的电路，图10C示例了这两个状态机的时序图。由图可见，DT1的状态按101依次循环；DT1的状态按011依次循环。如果：“1”代表灯亮，“0”代表灯灭，并且灯光状态调节控制器221a对应暖光LED，灯光状态调节控制器221b对应冷光LED，则输出状态组合按照：暖光亮、冷光灭→冷光亮、暖光灭→冷暖光同时亮，依次循环，由此实现色温的逐步调节。
本实施例的灯光状态调节控制系统及控制器的其他细节可参考实施例一，在此不再赘述。
实施例三
图11是本实用新型又一实施例的灯光状态调节控制系统的示意图。该系统1100由n个自驱动系统并联而成。每个自驱动系统的结构可如图1所示的结构。具体地说，自驱动系统有独立的状态机，并且每个子驱动系统由LAND引脚连接以同步状态检测。由n个状态机组合可以实现最多mn种不同的调光状态。其中m是每个状态机的状态数，n是调节控制器的个数。
本实施例的灯光状态调节控制系统及控制器的其他细节可参考实施例一，在此不再赘述。
实施例四
本实用新型的实施例提供一种灯光状态调节控制过程，其包括如下步骤：
在步骤101，根据峰值电流采样信号和基准电压的比较结果产生PWM关断信号。
在步骤102，根据PWM关断信号和状态控制信号输出PWM控制信号和基准电压，其中所述状态控制信号控制所述PWM控制信号的状态。
在步骤103，检测PWM控制信号或者PWM控制信号的等效信号的状态变化，产生状态输入信号。
在步骤104，根据状态输入信号产生多个状态，且输出反映多个状态的状态控制信号。
本过程的示例性细节可以参考前面的实施例，在此不再展开。
本过程可以在前述的电路中实施，也可以在其他电路中实施。
虽然本实用新型已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，在没有脱离本实用新型精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本实用新型的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种灯光状态调节控制器，包括：
峰值电流比较器，具有第一输入端和第二输入端，其第一输入端输入基准电压，其第二输入端输入峰值电流采样信号，所述峰值电流比较器根据所述峰值电流采样信号和所述基准电压的比较结果产生PWM关断信号；
PWM控制器，其第一输入端输入所述PWM关断信号，第二输入端输入状态控制信号，所述PWM控制器在所述PWM关断信号和状态控制信号的控制下输出PWM控制信号和所述基准电压，其中所述状态控制信号控制所述PWM控制信号的状态；
功率开关，其控制端连接所述PWM控制信号；
状态检测器，其输入端输入所述PWM控制信号或者所述PWM控制信号的等效信号，所述状态检测器检测所述PWM控制信号或者所述PWM控制信号的等效信号的状态变化，输出状态输入信号；以及
状态机，其输入端输入所述状态输入信号，所述状态机根据所述状态输入信号产生多个状态，且输出反映所述多个状态的所述状态控制信号。
2.根据权利要求1所述的灯光状态调节控制器，其特征在于，所述状态检测器包括：PMOS开关、放电电流源、延迟滤波电容和倒相器，所述PMOS开关的栅极连接所述PWM控制信号，所述PMOS开关的源极连接电源，所述PMOS开关的漏极经所述放电电流源接地，所述滤波电容连接在PMOS开关的漏极与地之间，所述倒相器的输入端连接所述PMOS开关的漏极，输出端输出所述状态输入信号。
3.根据权利要求1所述的灯光状态调节控制器，其特征在于，所述状态控制信号包括多位二进制编码。
4.根据权利要求1所述的灯光状态调节控制器，其特征在于，所述PWM控制信号的状态包括频率、占空比、使能或禁止输出。
5.根据权利要求1所述的灯光状态调节控制器，其特征在于，所述PWM控制器包括译码器、时钟发生器、参考电压发生器和触发器，所述译码器输入所述状态控制信号，且分别产生第一控制字和第二控制字，所述第一控制字输入所述时钟发生器以控制所述时钟发生器输出的时钟信号的频率，所述第二控制字输入所述参考电压发生器以控制所述参考电压发生器输出的基准电压的电压值，所述时钟信号和所述PWM关断信号输入所述触发器的时钟控制引脚，所述基准电压输入所述峰值电流比较器，所述触发器产生所述PWM控制信号。
6.一种灯光状态调节控制系统，包括依次连接输入整流器、灯光状态调节控制电路以及输出级电路，所述灯光状态调节控制电路包括如权利要求1-5任一项所述的灯光状态调节控制器。
7.如权利要求6所述的灯光状态调节控制系统，其特征在于，还包括电流采样电阻，所述电流采样电阻连接在所述输入整流器的负输出端与所述峰值电流比较器之间。
8.如权利要求6所述的灯光状态调节控制系统，其特征在于，所述PWM控制器在所述状态控制信号的控制下输出占空比变化或频率变化的PWM控制信号。
9.如权利要求6所述的灯光状态调节控制系统，其特征在于，包括多个所述灯光状态调节控制器和对应的多个输出级电路，各灯光状态调节控制器的状态机输出不同的状态控制信号，各灯光状态调节控制器的PWM控制器相互独立。
10.如权利要求8所述的灯光状态调节控制系统，其特征在于，各灯光状态调节控制器的状态检测器均连接到一同步检测信号。
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