CN209845366U - 控制电路、驱动系统及芯片 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种控制电路、驱动系统及芯片。其中,所述控制电路包括:检测单元,用于检测在当前调节控制信号的控制下用于反映负载侧供电的电信号并生成检测信号,并根据所述检测信号和所述调节控制信号输出一调节信号;控制单元,与所述检测单元相连,用于基于所述调节信号控制所述开关电路的导通时长和/或断开时长。本申请藉由所生成的调节信号来确定所述调节控制信号变化前后的调节差异,能够实时控制电路及驱动系统适应任何交流电标准;同时,利用调节度量信息控制所述开关电路的导通时长和断开时长,有效提高了负载供电调节的调节深度。
Description
技术领域
本申请涉及驱动电路技术领域,特别是涉及一种控制电路、驱动系统及芯片。
背景技术
调光控制器在LED驱动系统中起到调节LED负载供电的作用,通过调节LED负载供电使得LED负载光亮发生明暗变化。现有的一些调光控制器依据PWM信号对开关信号进行斩波来控制输出电流。该种方法对开关信号进行斩波来控制输出电流,由于PWM信号的频率通常在200Hz~4KHz,属于音频范围,故这种方法会听到丝丝的声音,且由于PWM斩波的下降沿和开关信号不一定同步,可能导致光线抖动。又一些调光控制器采用将PWM信号滤成直流信号,通过直流调光信号去控制输出电流的方式,该种方法将PWM信号滤成直流信号进行调光,相当于是模拟调光,缺点是需要加RC滤波电路,从而增加成本;其次模拟调光的精度受限,调光深度和精度无法满足市场需求。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本申请的目的在于提供一种控制电路、驱动系统及芯片,用于解决现有技术中负载供电在调节深度等方面存在的不足。
为实现上述目的及其他相关目的,本申请的第一方面提供一种控制电路,用于按照所获取的调节控制信号控制一开关电路,以利用所述开关电路的导通时长和断开时长调节所述负载的供电,包括:检测单元,用于检测在当前调节控制信号的控制下反映负载侧供电的电信号并生成检测信号,并根据所述检测信号和所述调节控制信号之间的误差电压输出一调节信号,其中,所述反映负载侧供电的电信号由位于所述开关电路所在线路上的采样单元提供;控制单元,与所述检测单元相连,用于基于所述调节信号控制所述开关电路的导通时长和/或断开时长。
在所述第一方面的某些实施方式中,所述检测单元包括:信号检测模块,用于获取所述开关电路的采样电信号,根据所述采样电信号检测在单位通断周期内反映负载侧供电的电压,并输出相应的检测信号;调节信号生成模块,与所述信号检测模块相连,并获取所述调节控制信号,用于将基于所述调节控制信号与检测信号而形成的误差信号,进行低通滤波处理并输出对应的调节信号。
在所述第一方面的某些实施方式中,所述信号检测模块用于基于所述开关电路导通期间所获取的采样电信号的峰值电压,产生用于反映在单位通断周期内用于反映负载侧供电的电压的检测信号,并予以输出。
在所述第一方面的某些实施方式中,所述信号检测模块包括:信号处理子模块,用于对所获取的采样电信号的电压进行平均处理以输出检测信号;逻辑处理子模块,与所述信号处理子模块相连,用于基于所述开关电路的控制信号控制所述信号处理子模块按照单位通断周期输出所述检测信号。
在所述第一方面的某些实施方式中,所述信号检测模块还用于接收一退磁检测信号,基于所获取的所述开关电路的控制信号和所述退磁检测信号的控制逻辑,输出基于所述开关电路导通期间所获取的采样电信号而产生的检测信号。
在所述第一方面的某些实施方式中,所述信号检测模块包括:信号处理子模块,用于按照单位通断周期内的多个区间对所获取的采样电信号的电压进行处理以输出检测信号;逻辑处理子模块,与所述信号处理子模块相连,用于基于所述控制信号和退磁检测信号而设置的对应单位通断周期内的多个区间的控制逻辑,控制所述信号处理子模块输出检测信号。
在所述第一方面的某些实施方式中,所述调节信号生成模块将所述检测信号与调节控制信号进行数字化的差分积分处理并产生差分积分信号,将所述差分积分信号进行累计计数并转换成模拟的调节信号。
在所述第一方面的某些实施方式中,所述调节信号生成模块包括:跨导放大器,用于输出所述检测信号与调节控制信号的差分积分信号;滤波电容,与所述跨导放大器相连,用于将所述差分积分信号进行低通滤波并输出所述调节信号。
在所述第一方面的某些实施方式中,所述检测单元包括调节控制信号生成模块,用于基于预设电压输出与所获取的PWM信号的占空比相符的调节控制信号。
在所述第一方面的某些实施方式中,所述调节控制信号生成模块包括:缓冲器,用于缓冲所获取的预设电压;逻辑控制器件组,用于基于所述预设电压输出与所获取的PWM信号的占空比相符的调节控制信号。
在所述第一方面的某些实施方式中,所述检测单元包括:PWM信号生成模块,用于基于所获取的控制指令生成PWM信号;其中,所述PWM信号用于生成所述调节控制信号。
在所述第一方面的某些实施方式中,所述控制单元包括:开关逻辑模块,与所述检测单元相连,用于基于所述调节信号和所述开关电路的控制信号计时所述开关电路的导通时长和/ 或计时所述开关电路的断开时长,并在对应计时超时时输出用于控制开关电路断开和/或导通的逻辑信号;逻辑控制模块,与所述开关逻辑模块相连,用于基于所述用于控制开关电路断开和/或导通的逻辑信号的控制逻辑,控制所述开关电路导通和断开。
在所述第一方面的某些实施方式中,所述开关逻辑模块包括以下至少一种:开关导通逻辑模块,与所述检测单元相连,用于基于所述调节信号调节所述开关电路的导通时长,并在计时所述导通时长超时时输出用于控制开关电路断开的第一逻辑信号;开关断开延时逻辑模块,与所述检测单元相连,用于基于所述调节信号调节所述开关电路的断开延时时长,并在计时所述断开延时时长超时后输出用于控制开关电路导通的第二逻辑信号。
在所述第一方面的某些实施方式中,所述开关导通逻辑模块包括:第一计时子模块,获取所述开关电路的控制信号,用于在所述控制信号表示导通时,计时开关电路的导通时长,并输出用于反映所述开关电路导通时长的计时信息;第一逻辑子模块,与所述第一计时子模块相连,用于当所述计时信息与所述调节度量信息相匹配时,输出第一逻辑信号。
在所述第一方面的某些实施方式中,所述开关断开延时逻辑模块分段线性地基于所述调节信号调节所述开关电路的断开延时时长。
在所述第一方面的某些实施方式中,所述开关断开延时逻辑模块包括:多段线性调节子模块,具有至少两个不同的线性区段,基于根据调节信号所反映的调节度量信息及所对应的线性区段,转换所接收的调节信号;断开延时逻辑子模块,与所述多段线性调节子模块相连并获取所述开关电路的控制信号,用于基于所述控制信号和转换后的调节信号,计时所述开关电路的断开延时时长,并在所述断开延时时长超时时输出所述第二逻辑信号。
在所述第一方面的某些实施方式中,所述多段线性调节子模块包括:至少两个具有不同线性关系的线性调节子模块,其中,每个线性调节子模块按照各自线性关系将所接收的调节信号予以转换;信号整合子模块,与每个线性调节子模块相连,用于将每个线性调节子模块所输出的电信号线性整合以得到转换后的调节信号。
在所述第一方面的某些实施方式中,所述逻辑控制模块还接收一退磁检测信号,所述逻辑控制模块基于所述第一逻辑信号、第二逻辑信号和所述退磁检测信号的控制逻辑,控制所述开关电路导通和断开。
在所述第一方面的某些实施方式中,所述控制电路还包括退磁检测单元,用于检测与所述开关电路相连的功率转换电路中的退磁操作,并输出退磁检测信号。
在所述第一方面的某些实施方式中,所述控制电路用于调节LED负载的亮度。
本申请第二方面提供一种芯片,包括如第一方面某些实施方式所述的控制电路。
在所述第二方面的某些实施方式中,所述芯片还包括滤波电容引脚;所述控制电路中的检测单元中的调节信号生成模块,包括跨导放大器,用于输出所述检测信号与调节控制信号的差分积分信号;其中,所述跨导放大器的输出端通过所述滤波电容引脚外接一滤波电容,以得到所述调节信号。
在所述第二方面的某些实施方式中,所述控制电路中的检测单元包括调节信号生成模块,用于将所述检测信号与调节控制信号进行数字化的差分积分处理并产生差分积分信号,将所述差分积分信号进行累计计数并转换成模拟的调节信号。
在所述第二方面的某些实施方式中,所述控制电路中的检测单元包括调节控制信号生成模块,用于基于预设电压输出与所获取的PWM信号的占空比相符的调节控制信号;所述芯片集成所述调节控制信号生成模块,或具有接收所述调节控制信号的引脚。
在所述第二方面的某些实施方式中,所述调节控制信号生成模块包括:缓冲器,用于缓冲所获取的预设电压;逻辑控制器件组,用于基于所述预设电压输出与所获取的PWM信号的占空比相符的调节控制信号。
在所述第二方面的某些实施方式中,所述检测单元包括:PWM信号生成模块,用于基于所获取的控制指令生成PWM信号;其中,所述PWM信号用于生成所述调节控制信号;所述芯片集成所述PWM信号生成模块,或具有接收所述PWM信号的引脚。
在所述第二方面的某些实施方式中,所述芯片还包括驱动单元,与所述控制电路相连,用于在所述控制电路的控制下驱动位于负载供电线路上的开关单元。
在所述第二方面的某些实施方式中,所述芯片还包括所述开关单元,用于在所述驱动单元的驱动下调整位于负载供电线路上的功率转换电路中的电流。
本申请第三方面提供一种驱动系统,包括:整流电路,用于将所接入的交流电进行整流处理并输出至供电母线;开关电路,用于受控导通或断开;功率转换电路,用于在所述开关电路控制下产生电流振荡,并利用振荡电流向负载供电;如第二方面某些实施方式所述的芯片,用于根据一调节控制信号和所获取的用于反映负载供电的电信号,调节所述开关电路的导通时长和/或断开时长。
在所述第三方面的某些实施方式中,所述开关电路中的驱动单元、或者所述开关电路集成在所述芯片中。
在所述第三方面的某些实施方式中,所述驱动系统还包括:主控制电路,与所述芯片数据连接,用于基于获取用户操作所产生的调节控制指令向所述芯片输出所述调节控制信号。
在所述第三方面的某些实施方式中,所述主控制电路包括:数据接口单元,获取基于用户操作所产生的调节控制指令,以及与所述芯片连接;处理单元,与所述数据接口单元相连,用于将所述调节控制指令转换成所述调节控制信号,并通过所述数据接口模块输出至芯片中的控制电路。
如上所述,本申请的控制电路、驱动系统及芯片,具有以下有益效果:本申请所提供的控制电路藉由所生成的调节信号来确定所述调节控制信号变化前后的调节差异,能够实时控制电路及驱动系统适应任何交流电标准;同时,利用调节度量信息控制所述开关电路的导通时长和断开时长,有效提高了负载供电调节的调节深度。
附图说明
图1显示为已知的一些控制器所输出的控制信号脉冲宽度调制PWM)信号与驱动电路所产生的开关控制信号GATE的信号时序关系示意图。
图2显示为本申请的控制电路在一实施方式中的结构示意图。
图3显示为本申请控制电路中调节控制信号生成模块在一实施方式中的电路图。
图4显示为本申请控制电路在一驱动系统中的结构示意图。
图5显示为本申请控制电路中检测单元的架构示意图。图6显示为本申请控制电路中信号检测模块在一实施方式中的电路结构图。
图7显示为图6所示电路结构中所标识的信号示意图。
图8显示为本申请控制电路中信号检测模块在又一实施方式中的电路结构示意图。
图9显示为图8所示电路结构中所标识的信号示意图。
图10显示为本申请控制电路中信号检测模块在又一实施方式中的电路结构示意图。
图11显示为图10所示电路结构中所标识的信号示意图。
图12显示为本申请控制电路在一实施方式中的结构示意图。
图13显示为本申请控制电路中调节信号生成模块在又一实施方式中的结构示意图。
图14显示为本申请控制电路中控制单元在一实施方式中的结构示意图。
图15显示为本申请控制电路中开关导通逻辑模块在一实施方式中的电路示意图。
图16显示为本申请控制电路中开关断开延时逻辑模块在一实施方式中的结构示意图。
图17显示为图16中所示电信号的波形图。
图18显示为本申请控制电路在一实施方式中的结构示意图。
图19显示为本申请芯片的封装示意图。
图20显示为本申请驱动系统的一种结构示意图。
图21显示为本申请驱动系统的又一种结构示意图。
图22显示为本申请控制方法在一实施方式中的流程图。
图23显示为本申请驱动方法在一实施方式中的流程图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。
在下述描述中,参考附图,附图描述了本申请的若干实施例。应当理解,还可使用其他实施例,并且可以在不背离本公开的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的,并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。
虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种逻辑信号,但是这些逻辑信号不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个逻辑信号与另一个逻辑信号件进行区分。
再者,如同在本文中所使用的,单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式,除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解,术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组,但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的,或意味着任一个或任何组合。因此,“A、B或C”或者“A、 B和/或C”意味着“以下任一个:A;B;C;A和B;A和C;B和C;A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时,才会出现该定义的例外。
在已知的一些LED灯串的调光控制器的电路结构中,采用了调整控制信号占空比的方式调整LED灯串的亮度。例如,请参阅图1,其显示为已知的一些控制器所输出的控制信号脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,简称“PWM”)信号与驱动电路所产生的开关控制信号GATE的信号时序关系示意图;其中用两个PWM信号的波形图表示具有不同占空比的PWM信号,该两个PWM信号不会同时输出至控制器,这里仅用于示意性说明LED灯串在有效时长为T1的PWM信号控制下相比于在有效时长为T2的PWM信号控制下电流变化,通常,PWM信号的有效时长越长,对应的LED灯串的亮度越亮。驱动电路所产生的开关控制信号GATE用于控制驱动电路中一开关器件,所述开关器件用于控制功率转换单元电感的励磁和退磁操作,所述功率转换单元中的电感用于通过电感励磁和退磁操作向LED灯串提供供电。由图可见,控制器输出的控制信号PWM的频率低于开关控制信号GATE的频率。PWM 信号的占空比从T1位置调至T2位置时,由于开关器件处于断开状态,功率转换单元中的电感处于退磁状态,电感电流(等于负载电流)IL从电流峰值Ipk下降不受开关器件影响,故将PWM信号的占空比从T1调节到T2位置的操作对电感电流的变化是无效的,通常称为“调光死区”,在“调光死区”中,LED灯串的亮度不随PWM占空比的改变而改变,所以LED 灯串的调光深度也无法达到很深(例如,调光深度无法达到10%以下)。
与调光控制器类似的,一些接入交流电且采用直流供电的电路产品也包含基于PWM信号的调节控制电路,用于通过调节负载供电以调节负载所转化的电能。例如温度调节器基于PWM信号来调节风扇转速等。
为此,藉由LED灯的调光控制器推及至其他由直流供电且需要调节负载供电的控制电路,本申请提供一种控制电路,其通过控制一开关电路的通断,来控制功率转换电路向负载的供电量。所述控制电路按照所获取的调节控制信号控制一开关电路,以利用所述开关电路的导通时长和断开时长调节所述负载的供电。在此,所述开关电路和功率转换电路通过接入供电母线构成用于向负载供电的电路回路。所述供电母线为供电电路中能将整流后的电信号予以输出的电路线路部分。其中,所述开关电路包含驱动单元和开关单元。所述驱动单元用于将所述控制电路所输出的控制信号放大,以驱动开关单元导通和断开。其中,所述开关单元包括但不限于功率管、三极管(BJT),结型场效应晶体管(JFET),耗尽型(depletion)MOS 功率管,晶闸管等中的任一种。
请参阅图2,其显示为本申请的控制电路在一实施方式中的结构示意图。所述控制电路2 包括检测单元21和控制单元22。
所述检测单元21用于检测在当前调节控制信号的控制下用于反映负载侧供电的电信号并生成检测信号,并根据所述检测信号和所述调节控制信号之间的误差电压输出一调节信号。其中,用于反映负载侧供电的电信号可藉由在单位通断周期内负载侧供电的平均电压、分段平均电压、实时电压等予以描述。所述调节控制信号为在单位周期内脉宽可调的脉冲信号,其利用占空比来描述负载供电的调节度量信息。例如,占空比为100%对应负载的平均电流的最大值,占空比为0%对应负载的平均电流的最小值,占空比在0%至100%之间对应负载的平均电流为介于最大值和最小值之间的电流值。其中,占空比与负载平均电流的对应关系可为线性或分段线性关系。由此可见,所述调节控制信号通过占空比描述了负载供电的调节度量信息。调节控制信号的占空比也作为所述调节度量信息的一种表达方式。
在此,在一些实施方式中,所述调节控制信号可由主控制电路直接提供。其中,主控制电路与所述控制电路通常为两个独立装置,并借助接口电路彼此连接。其中,在一些示例中,所述主控制电路至少包括:数据接口单元和处理单元。其中,所述数据接口单元包括但不限于:无线网络接口模块、数据线接口模块等。其中,所述无线网络接口模块举例为基于射频的网络接口模块、基于ZigBee的网络接口模块、基于WIFI的网络接口模块或基于移动通信的网络接口模块等。所述数据线接口模块举例为基于USB的接口模块或基于RS-232的接口模块等。所述处理单元分别与无线网络接口模块和数据线接口模块相连,用于将通过所述无线网络接口模块获取的调节控制指令转换成所述调节控制信号,并将所述调节控制信号通过数据线接口模块输出至所述控制电路。例如,所述主控制电路通过无线网络接口模块与用户的移动设备通信连接,并获取用户在移动设备上操作而产生的调节控制指令,所述处理单元将所述调节控制指令转换成利用占空比描述调节度量信息的调节控制信号。在又一些示例中,所述主控制电路还包括人机交互面板,所述人机交互面板通过数据接口单元连接处理单元,则用户操作人机交互面板产生调节控制指令。其中,所述人机交互面板举例包括触摸屏、按钮、滚轮等。
在又一些实施方式中,所述调节控制信号是基于主控制电路所提供的脉宽可调信号(如 PWM信号)而产生的。为此,所述检测单元21包括调节控制信号生成模块,用于基于预设电压输出与所获取的PWM信号的占空比相符的调节控制信号。在此,所述调节控制信号生成模块可内置或外接一恒压源,以接收预设电压Vref。在一个实施例中,所述调节控制信号生成模块包括缓冲器Buffer和逻辑控制器件组,其中,所述缓冲器Buffer起隔离作用,用以将缓冲所述预设电压Vref并输出。所述逻辑控制器件组受PWM信号控制输出以电压Vref为高电平、以电压地为低电平的调节控制信号。请参阅图3,其显示为所述调节控制信号生成模块在一实施方式中的电路图,其中,逻辑控制器件组包括开关S11、S12和非门NG,其中,非门NG的输入端和输出端分别连接开关S11和S12的控制端,非门NG接收主控制电路所输出的用于调节负载供电的脉宽可调信号PWM;对应地,在所述逻辑控制器件组的控制下,所述调节控制信号生成模块输出与所述PWM信号占空比相符的方波信号,所述方波信号为所述调节控制信号Vref_DIM。在此,根据所述控制电路调整负载供电的电路结构,所述调节控制信号的占空比与所接收的PWM信号占空比相符的方式可以是调节控制信号与PWM信号的波形一致或相反。例如,所述检测单元基于PWM信号占空比越大,输出用以描述提高负载供电的调节度量信息的调节控制信号。又如,所述检测单元基于PWM信号占空比越大,输出用以描述降低负载供电的调节度量信息的调节控制信号。
在另一些实施方式中,所述检测单元包括PWM信号生成模块,其用于基于所获取的控制指令生成PWM信号;其中,所述PWM信号用于生成所述调节控制信号。其中,所述控制指令可以由主控制电路与控制电路之间采用数据通信方式提供,在此,所述数据通信方式包括但不限于无线通信方式、有线通信方式。例如,主控制电路与控制电路之间藉由无线通信方式传输包含调节百分比的控制指令,所述PWM信号生成模块通过解调和解码所接收的控制指令得到调节百分比,并按照所述调节百分比输出对应占空比的PWM信号。所述控制指令还可以由人机交互面板与控制电路通过电连接关系提供。又如,控制电路与一人机交互面板电连接,所述人机交互面板藉由用户的调节操作调整内部信号发生器的脉宽、周期等,并输出对应的模拟信号,所述控制电路中的PWM信号生成模块基于所接收的模拟信号调整所生成的PWM信号的占空比并输出。根据实际电路设计需要,上述任一示例所生成的PWM 信号可直接作为所述调节控制信号,或者传递给前述示例中所提及的调节控制信号生成模块,以生成可供控制电路内部识别的调节控制信号。
为了得到更便于描述调节度量信息的调节信号,所述检测单元先检测在当前调节控制信号的控制下用于反映负载侧供电的电信号并生成检测信号。其中,在此,控制电路中的检测单元21通过对来自开关电路内部的或开关电路与供电母线之间线路上的采样电信号的检测,得到当前调节控制信号的控制下的负载侧供电的电信号变化情况,并产生用于描述所述电信号变化情况的检测信号。其中,所述采样电信号可以是开关电路所在线路上的采样单元所采集的电信号。请参阅图4,其显示为控制电路在一驱动系统中的结构示意图,所述采样单元 13位于开关电路与地之间,并输出采样信号CS。所述采样电信号也可以为所述开关电路内部端口所采集的能够反映开关电路所在线路上供电的电信号。例如,采样所述开关电路12中开关单元的功率管的栅极或漏极电信号。其中,所述电信号变化情况即藉由在单位通断周期内所述开关电路所在线路的平均电压、分段平均电压、实时电压等予以描述。
为此,请参阅图5,其显示为控制电路中检测单元的架构示意图。所述检测单元21包括信号检测模块212。所述信号检测模块212获取所述开关电路的采样电信号,根据所述采样电信号检测在单位通断周期内用于反映负载侧供电的电压,并输出相应的检测信号。所述信号检测模块所获取的采样电信号来自于采样单元,所述采样单元设置于开关电路所在电路回路上。在图5所示示例中,所述采样单元13位于开关电路12与地之间;在开关电路12导通期间,所述采样单元13输出采样电信号CS;在开关电路12断开期间,所述采样单元13所提供的采样电信号CS为一低电平信号(如0v电信号);所述信号检测模块212检测所述采样电信号在单位通断周期内的平均电压,并输出以所述平均电压为幅值的检测信号CS_pos。
在一示例中,所述信号检测模块用于基于所述开关电路导通期间所获取的采样电信号,产生用于描述在单位通断周期内用于反映负载侧供电的电压的检测信号并予以输出。其中,在单位通断周期内用于反映负载侧供电的电压包括但不限于:在单位通断周期内所述开关电路所在线路的平均电压、分段平均电压、实时电压等。
在一些具体示例中,藉由一个单位通断周期内的平均电压与对应单位通断周期内开关电路所在线路的峰值电压具有比例关系,所述信号检测模块基于所述开关电路导通期间所获取的采样电信号的峰值电压,产生在单位通断周期内用于反映负载侧供电的电信号的检测信号,并予以输出。
在此,所述信号检测模块包括第一信号处理子模块和第一逻辑处理子模块。其中,所述第一信号处理子模块用于对所获取的采样电信号的电压进行平均处理以输出检测信号。所述第一逻辑处理子模块与所述第一信号处理子模块相连,用于基于所述开关电路的控制信号控制所述信号处理子模块按照单位通断周期输出所述检测信号。
请参阅图6和图7,其中,图6显示为所述信号检测模块在一实施方式中的电路结构图;图7显示为图6所示电路结构中所标识的信号示意图。所述第一信号处理子模块包含:电容 C1、放大器、电阻R1和R2。所述第一逻辑处理子模块包括开关S21和S22。如图6所示,所述第一逻辑处理子模块接收控制单元输出至开关电路的控制信号GATE_ON,当GATE_ON 为高电平时,第一信号处理子模块开关S21导通且开关S22断开,采样电信号CS向电容C1 充电;当GATE_ON为低电平时,开关S21断开且开关S22导通,电容C1的CS_S端电压即为具有闭环增益的放大器的正输入端CS_H的电压,经由所述放大器处理输出的电信号经过电阻R1和R2分压,输出对应采样电信号平均电压的检测信号CS_pos。根据图6的电路结构运行时,产生对应图7的电信号变化图示,所述第一信号处理子模块在一个通断周期 (T1+T2)的起始时刻得到采样电信号CS的峰值电压,根据放大器的放大增益和所述电阻 R1和R2的阻值之间的比例关系,所输出的检测信号CS_pos的电压可以等于采样电信号CS 的峰值电压的一半、或与采样电信号CS的峰值电压成比例关系。利用上述电路结构,所述信号检测模块所输出的检测信号CS_pos反映了开关电路所在线路在通断周期(T1+T2)内的平均电压。
在又一具体示例中,在一些直流供电的驱动系统中,驱动系统包含功率转换电路,其利用电感励磁和退磁的能量转换方式将整流后的供电波形转换成更稳定的直流供电波形。所述开关电路的导通和断开为功率转换电路提供变化受控的供电能量,使得功率转换电路能够如上述运行。为了得到更准确的检测信号,在负载供电可调的控制电路中,所述控制电路还包括退磁检测单元,其用于检测与所述开关电路相连的功率转换电路中的退磁操作,并输出退磁检测信号。例如,所述退磁检测单元可采用如公开号CN107529254A或CN107484305A中所提及的退磁结束检测模块的电路结构,并全文引入于此,所述退磁结束检测模块通过检测所获取的采样电信号的电压谷值,确定退磁操作的结束时刻,并在检测到退磁结束时产生退磁检测信号。为了便于后续逻辑处理,所述退磁检测单元在所述开关电路断开时输出有效的退磁检测信号,直至检测到退磁操作结束时将所述退磁检测信号转为无效。
对于负载供电可调的控制电路来说,若能向负载提供最大供电的情况由开关电路导通期间功率转换电路执行励磁操作以及开关电路断开期间功率转换电路执行退磁操作来描述,那么缩短导通时长(即缩短励磁操作的时长)以及延长断开时长(即在退磁操作结束后继续延时)中的至少一种,可实现减少向负载供电的目的,即减少负载将电能转化为其他能量的目的。由此实现比如LED灯的亮度自最亮逐渐调暗的目的。
藉由退磁检测信号和控制信号,所述信号检测模块可得到更准确的反映负载侧供电的的检测信号。为此,所述信号检测模块还用于接收一退磁检测信号,基于所获取的所述开关电路的控制信号和所述退磁检测信号的控制逻辑,输出基于所述开关电路导通期间所获取的采样电信号而产生的检测信号。
在此,所述信号检测模块可根据控制信号和退磁检测信号来获得单位通断周期中采样电信号的峰值电压,开关电路导通期间的实时采样电信号的电压等。不仅如此,所述信号检测模块还根据控制信号和退磁检测信号得到一个单位通断周期内的开关电路导通区间和开关电路断开区间,甚至还可以得到所述开关电路断开区间中的退磁检测区间和断续区间。其中,所述断续区间为负载供电为0的时间区间。
为此,所述信号检测模块包括第二信号处理子模块和第二逻辑处理子模块。其中,所述第二信号处理子模块按照单位通断周期内的多个区间对所获取的采样电信号的电压进行处理以输出检测信号。所述第二逻辑处理子模块与第二信号处理子模块相连,用于基于所述控制信号和退磁检测信号而设置的对应单位通断周期内的多个区间的控制逻辑,控制所述信号处理子模块输出检测信号。
以所输出的检测信号反映单位通断周期中开关电路导通区间、退磁检测区间以及断续区间的电压变化为例,基于所获取的退磁检测信号和开关电路的控制信号的控制逻辑,在开关电路导通期间,所述第二逻辑处理子模块控制第二信号处理子模块实时获取的采样电信号并作为检测信号予以输出,并检测采样电信号的峰值电压;在退磁检测区间,所述第二逻辑处理子模块控制第二信号处理子模块按照预设比例将第二信号处理子模块所输出的峰值电压信号进行处理后作为检测信号予以输出;在断续区间,所述第二逻辑处理子模块控制第二信号处理子模块将电压地作为检测信号予以输出。由此可见,所述信号检测模块所检测的一个通断周期内的检测信号更精准地反映了开关电路的电压变化。
所述第二信号处理子模块包括但不限于:放大器、电容、电阻、缓存器等。所述第二逻辑处理子模块包括但不限于以下至少一种或多种组合:与门,或门,与非门,非门,二片式开关,三极管,功率管,以及用于配合各门电路实现控制逻辑的编码器、解码器、选择器、锁存器等。
请参阅图8和图9,其中,图8显示为所述信号检测模块在又一实施方式中的电路结构示意图;图9显示为图8所示电路结构中所标识的信号示意图。其中,第二信号处理子模块包括电容C2、放大器A、电阻R3和R4、缓冲器B等。第二逻辑处理子模块包括开关S31、 S32、S33、S34,以及或非门NOR_G。
结合图8和图9,其中控制信号GATE_ON以高电平表示开关电路导通、以低电平表示开关电路断开;退磁检测信号Tdemag在信号GATE_ON为低时开始有效(即高电平)直至退磁检测单元检测到退磁结束时转为无效(即低电平)。按照上述控制逻辑,开关S31和S33 受控制信号GATE_ON控制,开关S32受退磁检测信号Tdemag控制,开关S34受或非门 NOR_G控制;其中,或非门NOR_G基于控制信号GATE_ON和退磁检测信号Tdemag控制开关S34。当控制信号为高电平(即开关电路导通期间)、且退磁检测信号Tdemag为低电平 (即尚未检测退磁操作期间)时,开关S31和S33导通,开关S32、S34断开,第二信号处理子模块所输出的检测信号CS_pos为所获取的采样电信号CS;与此同时,利用电容C2的储能能力,电容C2一端电压信号CS_S跟随采样电信号CS的电压变化,并通过放大器A和电阻R3、R4将采样电信号CS进行电压分压,并通过缓冲器B输出,即信号CS_BUF。当控制信号为低电平(即开关电路断开期间)、且退磁检测信号Tdemag为高电平(即检测退磁操作期间)时,开关S31、S33、S34断开,开关S32导通,第二信号处理子模块所输出的检测信号CS_pos为缓冲器B所输出的信号CS_BUF,其中,所述信号CS_BUF的电压是开关电路导通结束时采样电信号CS的电压分压得到的。其中,信号CS_BUF的电压与采样电信号 CS的电压与电阻R3、R4的阻抗比相关。当控制信号持续为低电平(即开关电路断开期间)、且退磁检测信号Tdemag为低电平(即尚未检测退磁操作期间)时,开关S31、S32、S33断开,开关S34导通,第二信号处理子模块所输出的检测信号CS_pos为电压地。
请参阅图10和图11,其中,图10显示为所述信号检测模块在又一实施方式中的电路结构示意图;图11显示为图10所示电路结构中所标识的信号示意图。所述第二信号处理子模块包括包含电容C3、放大器A2和A3、电阻R5和R6。所述第二逻辑处理子模块包括开关S41、S42、S43、S44。其中,所述第二逻辑处理子模块基于退磁检测信号Tdemag和控制信号GATE_ON生成逻辑信号Tdcm_B,其中,利用逻辑信号Tdcm_B的电平变化表示单位通断周期中的断续区间。例如,如图11所示,逻辑信号Tdcm_B为高电平期间表示非断续区间,逻辑信号Tdcm_B为低电平期间表示断续区间T3。其中,所述断续区间表示负载电流iL为0 的时间区间。
结合图10和图11所示的控制信号GATE_ON和逻辑信号Tdcm_B的控制逻辑,当GATE_ON为高电平且逻辑信号Tdcm_B为高电平期间,即在开关电路导通区间T1时,开关 S41和S43导通,开关S42和S44断开,第二信号处理子模块所输出的检测信号CS_pos为基于开关电路导通区间起始时刻而确定的负载侧平均电压;当GATE_ON为低电平且逻辑信号 Tdcm_B为高电平期间,即在退磁检测区间T2时,开关S42和S43导通,开关S41和S44 断开,第二信号处理子模块所输出的检测信号CS_pos为基于退磁检测区间起始时刻而确定的负载侧平均电压;当GATE_ON为低电平且逻辑信号Tdcm_B为低电平期间,即在断续区间 T3时,开关S42和S44导通,开关S41和S43断开,第二信号处理子模块所输出的检测信号 CS_pos为电压地。
需要说明的是,图6、图8和图10所示的电路结构仅为对所述信号检测模块的电路结构的举例,而非对所述信号检测模块的电路结构的限制。事实上,利用实际控制信号和退磁检测信号所表示的逻辑信息,可选用多种电路结构来实现上述控制逻辑,在此不一一举例。
利用上述任一示例所得到的检测信号,所述检测单元根据所得到的检测信号和所接收的调节控制信号之间的误差电压输出一调节信号。其中,所述调节信号为一种利用电压来描述调节控制信号所表示的调节度量值M1与负载实际电压所反映的调节度量值M2之间差异的信号。在此,所述调节信号的电压值变高表示所述控制电路中的控制单元需控制开关电路以使流经负载的供电电流增加,且所增加的供电电流应对应所述调节信号的电压值所表征的度量。以LED灯为负载为例,所述调节信号的电压值反映调节LED灯亮度的度量信息,当所述调节信号的电压值由v1升高至v2时,控制单元控制开关电路的导通时长由t1延长至t1’,或控制开关电路的断开时长由t2缩短至t2’,以使得LED灯的变亮后的亮度度量值(如光强值)与所述电压值v2相匹配。
为了得到所述调节信号,如图5所示,所述检测单元21包括调节信号生成模块213,其与所述信号检测模块212相连并获取所述调节控制信号,用于将基于所述调节控制信号与检测信号而形成的误差信号,进行低通滤波处理并输出对应的调节信号。在此,所述误差信号用于描述调节控制信号发生变化前后的差异。
在此,所述调节信号生成模块213以调节控制信号为参考信号,以检测信号的电压为输入电压进行差分积分处理并输出调节信号。其中,利用所述检测信号描述调节控制信号变化前的调节度量信息,当调节控制信号发生变化的△t时间长度内,所述调节信号生成模块213 将所获取的调节控制信号和检测信号的误差并进行低通滤波,并得到的调节信号,该调节信号的电压反映了在△t时间长度内调节度量变化差异。其中,△t时间长度至少为采样电信号经信号检测模块处理所需时长,或调节信号生成模块内部用于执行差分积分处理所设置的单位时长。例如,信号检测模块检测当前负载供电的平均电压为v1,所对应的调节控制信号的占空比为P1,所述调节信号的电压为V1,在△t时间长度内,若调节控制信号的占空比未被调整,则所述调节信号的电压稳定在基于平均电压v1波动而确定的范围内,若调节控制信号的占空比从P1变小(或变大)至P2,其表示需要将负载供电的平均电压自v1’减少(或增加) 至v2’,则在△t时间长度内,调节信号生成模块通过差分积分处理将调节信号的电压从V1 减少(或增加)至V2,后续的控制单元根据所述调节信号的电压来控制开关电路的导通时长和断开时长,从而实现负载供电的平均电压自v1’减少(或增加)至v2’的目的。
其中,在一些实施方式中,请参阅图12,其显示为控制电路在一实施方式中的结构示意图。其中,所述调节信号生成模块213包括跨导放大器Gm和滤波电容Ccomp,其中,调节控制信号Vref_DIM输入跨导放大器Gm的正输入端,检测信号CS_pos输入跨导放大器Gm 的负输入端,跨导Gm的输出端连接滤波电容Ccomp,跨导放大器Gm和滤波电容Ccomp构成低通滤波器并输出调节信号COMP。调节信号COMP的电压随调节控制信号Vref_DIM的占空比变化而变化。
在另一些实施方式中,所述调节信号生成模块将所述检测控制信号与调节控制信号进行数字化的差分积分处理并产生差分积分信号,将所述差分积分信号进行累计计数并转换成模拟的调节信号。
在此,所述调节信号生成模块按照基于时钟信号而设置的单位时长,以及以当前检测到的调节控制信号的电压为参考电压,将所获取的检测信号进行数字化的差分积分处理,得到用高低电平形式表示的、单位时长内调节控制信号变化的数字化的调节信号。其中,所述单位时长可以是一个或N个时钟信号周期,N>1。为衔接上下级电路器件,所述调节信号生成模块所输出的调节信号需是可被模拟电器件处理的电信号。为此,所述调节信号生成模块将经差分积分处理的数字化的调节信号进行累计计数,得到以单位时长为电压变化单位的调节信号。其中,所述调节信号反映了将所获取的调节控制信号和检测信号的误差进行低通滤波后的电信号。根据实际电路设计需要,所述调节信号生成模块可基于电路的分辨率设置时钟信号的频率和所述调节信号生成模块内部的一些基准电压(如阶跃电压、电压幅值),以及选取模拟和数字器件等。
以图13为例,其显示为所述调节信号生成模块在又一实施方式中的结构示意图,所述调节信号生成模块包括在单位时长的脉冲信号CLK控制下执行的差分积分子模块214和数模转换子模块215。
其中,所述差分积分子模块214按照以单位时长反馈的差分积分信号,将所述检测信号 CS_pos与调节控制信号Vref_DIM进行全差分积分处理,并输出1-bit差分积分信号(即1位数字的差分积分信号)。其中,所述单位时长是基于内部时钟信号的周期整数倍而设置的。
在此,所述差分积分子模块214以单位时长为△t,并依据(VCS±VFS)与调节控制信号 Vref_DIM的电压Vref_DIM的差分积分处理,构建利用前一单位时长的差分积分信号选择利用检测信号CS_pos的电压与预设阶跃电压、或调节控制信号Vref_DIM的电压与阶跃电压来进行差分处理的电路结构,以及构建将差分处理后的两信号进行积分处理的电路结构,以得到利用高低电平描述的、且按照单位时长输出的1位数字化的差分积分信号。其中,VCS为所获取的检测信号CS_pos的电压;VFS为所述阶跃电压,其中,所述阶跃电压可由一内部基准电压提供,或者藉由差分积分信号的高电平电压提供。
所述数模转换子模块215按照所述单位时长将所述差分积分信号进行累计计数并转换成模拟的滤波信号。
在此,所述数模转换子模块215包括加减法计数器和数模转换器。其中,所述加减法计数器对所接收的1-bit差分积分信号进行累计计数。其中,所述加减法计数器为M位输出。在计数期间,所述加减法计数器按照所述单位时长采样所述差分积分信号,当所采样的差分积分信号为高电平时,所述加减法计数器执行加法操作,当所采样的差分积分信号为低电平时,所述加减法计数器执行减法操作。每个加法操作或减法操作后的累计数值以M位二进制的数字信号输出至数模转换器。所述数模转换器依据所接收的M位二进制数字信号生成对应的电压信号,所述电压信号即为调节信号COMP。
所述检测单元将调节信号输出至控制单元,所述控制单元用以根据调节信号仅控制开关电路的导通时长、或者仅控制开关电路的断开时长、或者既控制开关电路的导通时长又控制开关电路的断开时长。
在此,为控制开关电路的导通时长和/或断开时长,请参阅图14,其显示为控制电路在一实施方式中的结构示意图。所述控制单元22包括开关逻辑模块221和逻辑控制模块222。
所述开关逻辑模块221与所述检测单元21相连,用于基于所述调节信号和所述开关电路的控制信号计时所述开关电路的导通时长和/或计时所述开关电路的断开时长,并在对应计时超时时输出用于控制开关电路断开和/或导通的逻辑信号。其中,在计时所述导通时长期间,开关逻辑模块可维持控制电路导通的逻辑信号,直至计时超时时输出控制开关电路断开的逻辑信号;在计时所述断开时长期间,开关逻辑模块可维持控制电路断开的逻辑信号,直至计时超时时输出控制开关电路导通的逻辑信号。其中,所述断开时长可以基于退磁检测时长而定,或者同时参考退磁检测时长和断开延时时长中最长者,确定断开时长。其中,根据调节信号的电压,所述断开延时时长可调时长,其可以短于退磁检测时长或长于退磁检测时长。
其中,所述开关逻辑模块221可包含开关导通逻辑模块,其与所述检测单元相连,用于基于所述调节信号调节所述开关电路的导通时长,并在所述导通时长超时时输出用于控制开关电路断开的第一逻辑信号。
在此,所述开关导通逻辑模块以所述调节度量信息所对应的电压为一阈值电压,在开关电路导通时开始计时导通时长,并在所述导通时长超时时输出所述第一逻辑信号。其中,所述开关导通逻辑模块包括第一计时子模块和第一逻辑子模块。所述第一计时子模块获取所述开关电路的控制信号,用于在所述控制信号表示导通时计时开关电路的导通时长,并输出用于反映所述开关电路导通时长的计时信息。其中,所述控制信号包括但不限于:来自于所述控制电路输出至开关电路的控制信号,或者来自于所述开关电路中驱动单元向开关单元输出的驱动信号。所述计时信息可由电压来描述;为此,所述开关导通逻辑模块中包含随时间线性变化的电路部分并输出对应计时时长的电压信号。
在一示例中,请参阅图15,其显示为所述开关导通逻辑模块在一实施方式中的电路示意图。所述第一计时子模块包括逻辑器件组L11和电容C4,所述逻辑器件组L11获取开关电路的控制信号。所述逻辑器件组L11是根据控制信号控制电容C4充电和放电逻辑而设置的。在所述逻辑器件组的控制下,当开关电路导通时,所述电容C4充电,当开关电路断开时,所述电容C4放电。在图15所示示例中,所述逻辑器件组L11包括非门和开关S41,所述第一计时子模块还内置或外接一电流源其提供向所述电容C4充电的电流Iref,以及内置或外接一电压源其提供在逻辑器件组L11控制电容C4放电时的放电路径并提供电容C4的初始电压 COMP_ini。其中,所述截止器件举例包括反向二极管或电阻。当开关电路的控制信号表示导通时(即获取了开关电路的导通信号),开关S41断开,电流源向电容C4充电,电容C4一端电压升高并输出至第一逻辑子模块;当开关电路的控制信号表示断开时(即获取了开关电路的断开信号),开关S41导通,电流源向电容C4放电至初始电压COMP_ini。
需要说明的是,图15中所示的所述第一计时子模块仅为举例而非对本申请的限制。所述电容C3可利用控制信号的高进行充电以及利用其他逻辑器件组对电容C3至电压地线路的通断控制连接进行放电。在此不再一一详述。
在又一示例中,所述第一计时子模块接收一时钟信号并包含计数器D1、逻辑器件组L2。其中该逻辑器件组L2受开关电路的控制信号控制,当控制信号表示导通时(即获取了开关电路的导通信号),计数器D1开始计数时钟信号并将所计时钟信号的数量以电压形式输出;当开关电路的控制信号表示断开时(即获取了开关电路的断开信号),计数器D1复位。所述逻辑器件组L2包含触发器等逻辑器件。
所述第一计时子模块所输出的以电压形式表示的计时时长输出至第一逻辑子模块。所述第一逻辑子模块用于当所述计时信息与所述调节度量信息相匹配时,输出第一逻辑信号。在此,所述第一逻辑子模块以前述检测单元所输出的调节信号COMP的电压为一阈值电压,并利用比较器对第一计时子模块所输出的电压Vramp1和所述阈值电压进行比较,当电压 Vramp1达到该阈值电压时,输出第一逻辑信号Off_pulse。如图15所示,比较器的正输入端接收电压Vramp1,负输入端接收调节信号COMP的电压,当电压Vramp1升高至调节信号 COMP的电压时,输出以高电平表示的第一逻辑信号Off_pulse。需要说明的是,本领域技术人员应该理解,所述第一逻辑信号Off_pulse的有效信号是高电平或低电平与后续的控制逻辑相关,图15所示第一逻辑子模块仅为举例而非对本申请的限制。所述第一逻辑信号输出至逻辑控制模块,用以供逻辑控制模块执行基于第一逻辑信号的断开控制逻辑,以输出使开关电路断开的控制信号。所述逻辑控制模块的控制逻辑还与开关断开延时逻辑模块相关。
所述开关逻辑模块还可以包含开关断开延时逻辑模块,其与所述检测单元相连,用于基于所述调节信号调节所述开关电路的断开延时时长,并在所述断开延时时长超时后输出用于控制开关电路导通的第二逻辑信号。
在此,所述开关断开延时逻辑模块以所述调节信号的电压为一阈值电压,在开关电路断开时开始计时断开延时时长,并在所述断开延时时长超时后输出所述第二逻辑信号。在一些示例中,所述开关断开延时逻辑模块的电路结构可与开关导通逻辑模块相同或相似,在此不再详述。
在另一些示例中,所述开关断开延时逻辑模块采用分段线性地基于所述调节信号进行调节的方式对开关电路断开延时时长进行调整,以提高在负载供电接近最少和最多的调节区间提高调节深度。其中,所述断开延时时长可以为开关电路的断开时长,或者构成所述断开时长的一部分。在此,所述开关断开延时逻辑模块包含至少一个基于调节信号而调节电压的半导体器件(组),利用半导体器件(组)随电压呈现线性变化区间的特点,或者利用半导体器件随电压呈现线性变化区间和饱和区间的特点,进行断开延时时长调整。以调节信号的电压越大,断开延时时长越短为例,当调节信号的电压落入所述开关断开延时逻辑模块中半导体器件(组)的线性电压区间时,基于经该半导体器件(组)转换后的调节信号的电压为一阈值电压,并利用所述开关断开延时逻辑模块中的电容(或时钟信号计数器)等藉由电压反映计时的计时电路,进行断开延时时长的计时,并在计时超时时输出第二逻辑信号。
其中,为实现分段线性地基于所述调节信号进行调节的目的,所述开关断开延时逻辑模块包括多段线性调节子模块和断开延时逻辑子模块。
所述多段线性调节子模块具有至少两个不同的线性区段,基于根据调节信号所反映的调节度量信息及所对应的线性区段,转换所接收的调节信号。
其中,技术人员可依据所述调节信号的电压所对应的调节度量区间(如调节信号的电压区间)来选取所述开关断开延时逻辑模块中的半导体器件(组),以使其电压承受范围在所述调节度量区间内呈现线性变化和恒压不变两个不同的分段,用以根据负载供电量调整断开延时时长。在另一具体示例中,所述开关断开延时逻辑模块包含多个线性变化区间的线性权重不同的半导体器件(组),并依据所述调节的电压所对应的调节度量区间(如调节信号的电压区间)来分段采用不同的半导体器件(组)产生对应不同权重的断开延时时长。在又一具体示例中,所述开关断开延时逻辑模块结合前两中示例,结合多个半导体器件(组)的不同线性权重的线性变化区间和各自的饱和区间,实现分段的断开延时时长。
请参阅图16和图17,其中,图16显示为所述开关断开延时逻辑模块在一实施方式中的结构示意图,图17为图16中所示电信号的波形图。其中,所述多段线性调节子模块包含至少两个具有不同线性关系的线性调节子模块。其中,每个线性调节子模块按照各自线性关系将所接收的调节信号予以转换。其中,所述不同线性关系包括但不限于以下至少一种:各线性调节子模块具有不同的饱和电压,各线性调节子模块具有不同线性电压系数。如图16所示,所述多段线性调节子模块包括线性调节子模块F1和线性调节子模块F2,其中,如图17所示,线性调节子模块F1以参考电压Vref1为线性电压区间的边界电压,其另一个边界电压可以基于所述线性调节子模块F1中的半导体器件(组)的饱和电压而定。线性调节子模块F2以参考电压Vref2为线性电压区间的边界电压,其另一个边界电压可以基于所述线性调节子模块 F2中的半导体器件(组)的饱和电压而定。所述线性调节子模块F1和线性调节子模块F2各自线性电压区间的线性系数不同,以及各自的饱和电压不同。在此,所述线性调节子模块F1 和线性调节子模块F2具有相同电路结构和采用不同半导体器件的特点。以线性调节子模块 F1为例,其包含差分电压转电流电路。其中,差分电压转电流电路输出所述参考电压Vref1 和调节信号COMP电压的电压差值转换成的电流信号Imod1。当调节信号COMP电压由最大值减小时,差分电压转电流电路所输出的电流Imod1以α1为线性系数随之减小;当调节信号COMP电压减小,并使得差分电压转电流电路所输出的电流达到饱和时,差分电压转电流电路输出恒定电流。电流Imod1并输出至信号整合子模块。所述线性调节子模块F2的电路结构可与线性调节子模块F1的电路结构相似并将所得到的电流Imod2也输出至信号整合子模块,在此不一一详述。
需要说明的是,上述线性调节子模块的电路结构仅为举例,而非对本申请的限制。事实上,线性调节子模块可通过选取半导体器件的电气特性,得到调节信号COMP在自身电压范围内均位于差分放大器的线性电压区间内。在另一些示例中,所述多段线性调节子模块中的线性调节子模块的数量可以更多,并将调节信号COMP的电压基于更多的不同线性系数转化成多个电流Imod-i,其中i对应于第i个线性调节子模块。
所述信号整合子模块与每个线性调节子模块相连,用于将每个线性调节子模块所输出的电信号线性整合以得到转换后的调节信号。
在此,所述信号整合子模块将各线性调节子模块所输出的电流Imon-i按照各自权重进行整合,得到转换后的调节信号。其中,所述信号整合子模块包含分别连接线性调节子模块的电阻Ri,各电阻的阻值基于各自权重而定。其中,在一些具体示例中,所述信号整合子模块将整合后的调节信号输出至断开延时逻辑子模块。在另一些具体示例中,所述信号整合子模块还包括用以采样转换后的调节信号的采样电阻。利用该采样电阻对转换后的调节信号进行采样,以得到用以描述转换后的调节信号的电压信号Vmod。所述电压信号Vmod作为一参考电压被输出至断开延时逻辑子模块。
所述断开延时逻辑子模块获取所述开关电路的控制信号,用于基于所述控制信号和转换后的调节信号,计时所述开关电路的断开延时时长,并在所述断开延时时长超时时输出用于控制开关电路导通的第二逻辑信号。
在此,所述断开延时逻辑子模块中包含计时电路部分,其利用电容(或时钟信号的计数器)将所计时长用电压Vramp2表示,并利用比较器比较表示电压Vramp2和转换后的调节信号的电压Vmod,当Vramp2达到转换后的调节信号的电压Vmod时,比较器输出第二逻辑信号。
为防止逻辑异常,所述断开延时逻辑子模块中比较器所输出的电信号经过逻辑处理后成为第二逻辑信号。例如,如图16所示,所述断开延时逻辑子模块获取开关电路的控制信号 GATE_ON,所述控制信号GATE_ON可与前述第一计时子模块中所获取的控制信号相同;控制信号GATE_ON控制开关S51,当开关S51断开时,恒流源向电容C4充电,使得电容C4 输出用于反映充电计时时长的电压Vramp2,比较器比较电压Vramp2和电压Vmod,当 Vramp2≥Vmod时,比较器输出高电平,为确保开关电路在导通期间不产生误断开操作,所述断开延时逻辑子模块中还包括控制信号GATE_ON和比较器输出电压信号的控制逻辑,即利用非门和与门组成的控制逻辑,当控制信号GATE_ON表示开关电路断开且比较器输出的电压信号表示计时超时时,输出第二逻辑信号Toff_min。所述第二逻辑信号Toff_min同样输出至逻辑控制模块。
需要说明的是,图16中所示断开延时逻辑子模块的电路结构仅为举例而非对本申请的限制。事实上,受控制信号GATE_ON高低电平各自对应的开关控制逻辑,以及比较器正负输入端所接收的信号电压的设计,所述断开延时逻辑子模块可由其他逻辑器件(组)构成相应的控制逻辑,得到所述第二逻辑信号。
还需要说明的是,根据实际设计需要,所述开关导通逻辑模块和开关断开延时逻辑模块可仅其中之一被配置在控制电路中,或同时配置在控制电路中。当其中之一配置在电路中时,其负载供电的调节精度和调节深度略低于同时配置在控制电路。
所述逻辑控制模块与所述开关导通逻辑模块和开关断开延时逻辑模块相连,用于基于所述第一逻辑信号和第二逻辑信号的控制逻辑,控制所述开关电路导通和断开。其中,所述逻辑控制模块包括用于实现所述控制逻辑的逻辑器件(组)。其中,所述逻辑器件(组)包括但不限于以下至少一种或多种组合:与门、或门、与非门、非门、编码器、解码器、选择器、锁存器、触发器等。
在一些示例中,所述逻辑控制模块可在收到第一逻辑信号(或第一逻辑信号有效)时,输出用于控制开关电路断开的控制信号,以及在收到第二逻辑信号(或第二逻辑信号有效) 时,输出用于控制开关电路导通控制信号。例如,所述逻辑控制模块包含触发器,触发器的复位端接收第一逻辑信号,置位端接收第二逻辑信号和退磁检测信号两者处理后的信号。当第一逻辑信号有效时,触发器输出低电平,以控制开关电路断开;当第二逻辑信号和退磁检测信号两者处理后的信号有效时,触发器输出高电平,以控制开关电路导通。
在又一些示例中,所述逻辑控制模块还接收退磁检测信号。所述退磁检测信号来自于前述提及的退磁检测单元。所述逻辑控制模块根据所述第一逻辑信号、第二逻辑信号和所述退磁检测信号的控制逻辑,控制所述开关电路导通和断开。其中,第二逻辑信号和退磁检测信号均可用来控制开关电路导通。为此,所述逻辑控制模块中包含用于确定开关电路转入导通状态的逻辑器件(组)。该逻辑器件(组)根据接收到第二逻辑信号和退磁检测信号的时序,按照后有效的信号来控制开关电路导通。例如,所述逻辑控制模块根据第二逻辑信号和退磁检测信号中时间居后者有效,且第一逻辑信号无效的控制逻辑,输出用于控制开关电路导通的控制信号,以及根据根据第一逻辑信号有效、且第二逻辑信号和退磁检测信号均无效的控制逻辑,输出用于控制开关电路断开的控制信号。
需要说明的是,本领域技术人员应该理解,根据实际第一逻辑信号、第二逻辑信号和退磁检测信号的有效时机及所持续的时长而设计控制逻辑,而非仅限于本申请所提供的电路结构。
基于上述各示例的描述,请参阅图18,其显示为控制电路在一实施方式中的结构示意图。以所述控制电路用于控制LED灯的供电为例,所述控制电路将LED灯从最亮调至最暗的工作过程举例如下:
如图18所示,所述控制电路与前级主控制电路电连接,以接收主控制电路调光信号(PWM 信号)。其中,所述PWM信号传递至调节控制信号生成模块211,并控制调节控制信号生成模块211中的开关S11和S12产生与PWM信号占空比相同、且以预设的电压Vref为高电平的调节控制信号Vref_DIM。所述控制电路中的信号检测模块212根据采样自开关电路所在线路的采样电信号CS,检测用于反映LED灯在单位通断周期内的电压,并输出相应的检测信号CS_pos。调节控制信号Vref_DIM和检测信号CS_pos经调节信号生成模块212处理后输出调节信号COMP,其中,调节信号COMP在当前通断周期内的电压表示按照当前调节控制信号的调节度量信息(即占空比)而对应LED灯的供电情况。所述调节信号COMP输出至开关逻辑模块221。其中,开关逻辑模块221包括开关导通逻辑模块和开关断开延时逻辑模块(均未于图示)。当开关电路导通时,开关导通逻辑模块以调节信号COMP的电压为阈值电压并利用电容进行导通计时,并当导通时长超时时,产生第一逻辑信号Off_pulse。当开关电路断开时,开关断开延时逻辑模块根据对应调节信号COMP的电压区间而设置的多个线性调节区段将所述调节信号COMP进行转换,按照转换后的调节信号COMP的电压为一阈值电压进行断开延时计时,并当断开延时计时超时时输出第二逻辑信号Toff_min。在开关电路断开期间,控制电路中的退磁检测单元23检测功率转换电路(未于图示)中电感的退磁操作,并在检测退磁操作期间输出退磁检测信号。控制电路中的逻辑控制模块222接收第一逻辑信号Off_pulse、第二逻辑信号Toff_min和退磁检测信号Tdemag,并利用三者的控制逻辑输出用于控制开关电路导通和断开的控制信号。
若所获取的PWM信号的占空比最大对应LED灯最亮,用于反映调节度量信息的调节信号的电压最大,为Vcomp_max,则所述调节信号生成模块所输出的调节信号COMP的电压最高,这使得导通时长最长且断开延时时长最短,其中,断开延时的时长可短于退磁操作所需时长。当所接收的PWM信号(调节控制信号)的占空比从最大值开始减少时,调节信号生成模块根据PWM信号的占空比降低而输出电压低于Vcomp_max的调节信号COMP,开关导通逻辑模块根据调节信号COMP的电压下降而缩短导通时长的计时;开关断开延时逻辑模块根据调节信号COMP的电压下降而延长断开延时时长的计时。当随着调节信号COMP的电压降低,断开延时时长逐渐大于退磁操作所需时长,并随断开延时时长的延长而改变开关电路的断开时长。
上述各示例所提供的控制电路中的全部或部分可被集成在芯片中。请参阅图19,其显示为所述芯片的封装示意图。其中,所述芯片包含多个引脚,其中,所述引脚包括:用于采集采样电信号的第一引脚(CS1)、用于接地的第二引脚(GND)、用于输出控制信号的第三引脚(GATE_ON)、用于接收调节控制信号(或PWM信号)的第四引脚(DIM)等。当控制电路中的恒压电源为外置电源时,所述芯片还包含用于连接恒压电源的第四引脚(Vt)。其中,所述第一引脚可连接采样单元。所述控制电路通过第三引脚(GATE_ON)连接开关电路中的输入端。例如,所述控制电路通过第三引脚连接开关电路中驱动单元的控制端(如使能端) 或输入端。当控制电路包含退磁检测单元时,所述芯片可以包含用于进行退磁检测的第五引脚(CS2),其中,第五引脚和第一引脚可共用或单独配置。
在一些实施方式中,所述调节控制信号通过芯片引脚提供给芯片内部电路,所述控制电路中的调节控制信号生成模块和PWM信号生成模块均外置于芯片。或者,用于产生调节控制信号的PWM信号通过芯片引脚提供给芯片内部电路,所述控制电路中的调节控制信号生成模块集成在芯片中,且通过芯片引脚连接所述PWM信号生成模块。根据芯片的设计需要,所述PWM信号生成模块也可集成在芯片中。在此所提及的调节控制信号生成模块和PWM信号生成模块的电路结构和工作过程与前述控制电路的示例中及的调节控制信号生成模块和PWM信号生成模块的电路结构和工作过程相同或相似,在此不再详述。
在又一些实施方式中,所述控制电路可与所述开关电路中的驱动单元集成在一芯片中。其中,所述驱动单元用于在所述控制电路的控制下驱动位于负载供电线路上的开关单元。在此,所述驱动单元包括驱动放大器。经驱动放大器放大的电信号驱动开关单元中开关功率管的栅极,以使开关功率管的栅漏极之间电压达到开关功率管的导通电压。对应地,集成有所述控制电路和驱动单元的芯片除包含上述第一和第二引脚外,还至少包括:用于连接开关单元输入端以输出驱动信号的第六引脚等。
在又一些实施方式中,所述功率控制电路和开关电路被集成在一芯片中。即,所述开关电路中的驱动单元和开关单元均被集成在芯片中,根据上述控制电路与驱动单元、开关单元的连接示例,所述芯片的引脚包括:上述第一引脚、第二引脚,以及用于将开关单元的输入端(如漏极)和输出端(如源极)接入负载侧线路回路的第七引脚和第八引脚。
需要说明的是,上述任一示例中的开关单元还可以包括三极管(BJT),结型场效应晶体管(JFET),耗尽型(depletion)MOS功率管,晶闸管等中的任一种。
在另一些实施方式中,所述控制电路中的调节信号生成模块包括跨导放大器和滤波电容 Ccomp,由于滤波电容Ccomp难于集成,为此,所述芯片还包括用于连接所述滤波电容的第九引脚(COMP)。
需要说明的是,所述芯片中还可以集成有用于向控制电路提供时钟信号的时钟信号发生器,用于向控制电路提供参考电压等的恒压源等。
以LED照明设备为例,所述LED照明设备中包含LED灯(即负载)、整流电路、开关电路、功率转换电路和控制电路等。其中,所述控制电路的全部或部分、或者控制电路和至少部分开关电路被集成在芯片中。所述芯片通过上述各示例所提供的引脚与外部电路连接。
请参阅图20,其显示为本申请驱动系统的一种结构示意图,为此本申请还提供一种采用包含上述控制电路的芯片而构建的驱动系统。所述驱动系统可用于驱动LED灯。所述驱动系统包括整流电路41、开关电路43、功率转换电路42和芯片44。
所述整流电路41用于将所接入的交流电进行整流处理并输出至供电母线。如图20所示,所述整流电路41包括由二极管构成的整流桥和电容,其将交流电整流为半正弦波形供电输出至供电母线。所述开关电路、功率转换电路、芯片和被驱动的负载(如LED灯)均通过供电母线所提供的供电运行。
所述开关电路43用于控制所述供电母线向负载的供电。在此,所述开关电路43在所述芯片44控制下导通或断开接入所述供电母线的线路回路(即负载供电线路)。其中,所述开关电路包括驱动单元和开关单元。其中所述驱动单元举例包括驱动放大器,驱动放大器的输入端接收驱动控制信号,输出端连接开关单元。所述开关单元举例包括开关功率管,开关功率管的栅极连接驱动放大器的输出端,漏极和源极接入供电母线。在此,所述开关单元还可以包括三极管(BJT),结型场效应晶体管(JFET),耗尽型(depletion)MOS功率管,晶闸管等中的任一种。
在所述开关电路43的导通或断开控制下,位于所述线路回路上的功率转换电路产生电流振荡,并基于振荡电流向负载供电。其中所述功率转换电路举例包括LC功率转换电路。
在开关电路和功率转换电路所接入的线路回路上,还设有为所述芯片提供采样电信号的采样单元。如图20所示,所述采样单元45设置于开关电路43和电压地之间。所述芯片41 通过第一引脚CS连接所述采样单元45。在一些示例中,所述芯片41一方面利用采样电信号检测在当前调节控制信号的控制下的负载供电并生成检测信号,根据所述检测信号和所述调节控制信号之间的误差电压输出一调节信号,以及基于所述调节信号所反映的调节度量信息控制所述开关电路的导通时长和断开时长;另一方面还利用所述采样电信号检测功率转换电路退磁操作,并产生对应的退磁检测信号,基于所述退磁检测信号和所述调节信号所反映的调节度量信息控制开关电路转入导通状态。
在此,根据前述芯片示例,所述驱动系统中的开关电路或者所述开关电路集成在所述芯片中。由此减少外部电器件的组合。
在一些实施方式中,请参阅图21,其显示为驱动系统的又一实施方式中的结构示意图。所述驱动系统还包括:主控制电路,与所述芯片数据连接。例如,主控制电路与所述芯片的第四引脚连接,用于基于获取用户操作所产生的调节控制指令向所述芯片输出所述调节控制信号。
在此,所述驱动系统中的整流电路、开关电路、功率转换电路、芯片及外围电路通常设置在负载一侧。主控制电路可设置在负载一侧,或者设置在人机交互面板中。
其中,如图21所示,所述主控制电路46至少包括:数据接口单元462和处理单元461。其中,所述数据接口单元462包括但不限于:无线网络接口模块、数据线接口模块等。其中,所述无线网络接口模块举例为基于射频的网络接口模块、基于ZigBee的网络接口模块、基于 WIFI的网络接口模块或基于移动通信的网络接口模块等。所述数据线接口模块举例为基于 USB的接口模块或基于RS-232的接口模块等。所述处理单元461分别与无线网络接口模块和数据线接口模块相连,用于将通过所述无线网络接口模块获取的调节控制指令转换成所述调节控制信号,并将所述调节控制信号通过数据线接口模块输出至所述控制电路。例如,所述主控制电路通过无线网络接口模块与用户的移动设备通信连接,并获取用户在移动设备上操作而产生的调节控制指令,所述处理单元461将所述调节控制指令转换成利用占空比描述调节度量信息的调节控制信号。在又一些示例中,所述主控制电路46还包括人机交互面板(未于图示),所述人机交互面板通过数据接口单元462连接处理单元461,则用户操作人机交互面板产生调节控制指令。其中,所述人机交互面板举例包括触摸屏、按钮、滚轮等。
在一些LED灯的驱动系统中,主控制电路位于嵌设在墙面的人机交互面板中,该人机交互面板中的开关通过线路连接至整流电路以形成交流电的供电回路,主控制器通过线路连接芯片以传输PWM信号;用户通过操作人机交互面板上的选项按钮向主控制电路发出调节控制指令,所述主控制电路中的处理单元将调节控制指令转换成PWM信号,通过数据接口单元输出至芯片中的控制电路。所述控制电路可基于前述任一实施方式执行LED灯的亮度调节,在此不再重述。
在又一些LED灯的驱动系统中,主控制电路与整流电路、开关电路、功率转换电路、芯片及外围电路等均设置在印刷电路板(即PCB板)上,用户通过操作智能终端与主控制电路通信,由此向主控制电路发送调节控制指令,所述主控制电路中的处理单元将调节控制指令转换成PWM信号,通过数据接口单元输出至芯片中的控制电路。所述控制电路可基于前述任一实施方式执行LED灯的亮度调节,在此不再重述。
请参阅图22,其显示为本申请提供的一种控制方法的流程图。所述控制方法主要由前述各示例所描述的控制电路来执行,或者其他能够执行所述控制方法的控制电路。所述控制电路按照所获取的调节控制信号控制一开关电路,以利用所述开关电路的导通时长和断开时长调节所述负载的供电。为便于描述,所述控制电路包含前述所提及的所有单元,在一些示例中各单元包含用以执行相应步骤的模块以及各子模块等。
在步骤S110中,检测在当前调节控制信号的控制下用于反映负载侧供电的电信号并生成检测信号。
其中,用于反映负载侧供电的电信号可藉由在单位通断周期内负载侧供电的平均电压、分段平均电压、实时电压等予以描述。所述调节控制信号为在单位周期内脉宽可调的脉冲信号,其利用占空比来描述负载供电的调节度量信息。例如,占空比为100%对应负载的平均电流的最大值,占空比为0%对应负载的平均电流的最小值,占空比在0%至100%之间对应负载的平均电流为介于最大值和最小值之间的电流值。其中,占空比与负载平均电流的对应关系可为线性或分段线性等。由此可见,所述调节控制信号通过占空比描述了负载供电的调节度量信息。调节控制信号的占空比也作为所述调节度量信息的一种表达方式。
在此,在一些实施方式中,所述调节控制信号可由主控制电路直接提供。其中,主控制电路与所述控制电路通常为两个独立装置,并借助接口电路彼此连接。其中,在一些示例中,所述主控制电路至少包括:数据接口单元和处理单元。其中,所述数据接口单元包括但不限于:无线网络接口模块、数据线接口模块等。其中,所述无线网络接口模块举例为基于射频的网络接口模块、基于ZigBee的网络接口模块、基于WIFI的网络接口模块或基于移动通信的网络接口模块等。所述数据线接口模块举例为基于USB的接口模块或基于RS-232的接口模块等。所述处理单元分别与无线网络接口模块和数据线接口模块相连,用于将通过所述无线网络接口模块获取的调节控制指令转换成所述调节控制信号,并将所述调节控制信号通过数据线接口模块输出至所述控制电路。例如,所述主控制电路通过无线网络接口模块与用户的移动设备通信连接,并获取用户在移动设备上操作而产生的调节控制指令,所述处理单元将所述调节控制指令转换成利用占空比描述调节度量信息的调节控制信号。在又一些示例中,所述主控制电路还包括人机交互面板,所述人机交互面板通过数据接口单元连接处理单元,则用户操作人机交互面板产生调节控制指令。其中,所述人机交互面板举例包括触摸屏、按钮、滚轮等。
在又一些实施方式中,所述调节控制信号是基于主控制电路所提供的脉宽可调信号(如 PWM信号)而产生的。为此,所述控制方法还包括:基于预设电压输出与所获取的PWM信号的占空比相符的调节控制信号的步骤。在此,对应电路中的调节控制信号生成模块,其可内置或外接一恒压源,以接收预设电压Vref。在一个实施例中,所述调节控制信号生成模块包括缓冲器Buffer和逻辑控制器件组,其中,所述缓冲器Buffer起隔离作用,用以将缓冲所述预设电压Vref并输出。所述逻辑控制器件组受PWM信号控制输出以电压Vref为高电平、以电压地为低电平的调节控制信号。请参阅图3,其显示为所述调节控制信号生成模块在一实施方式中的电路图,其中,逻辑控制器件组包括开关S11、S12和非门NG,其中,非门 NG的输入端和输出端分别连接开关S11和S12的控制端,非门NG接收主控制电路所输出的用于调节负载供电的脉宽可调信号PWM;对应地,在所述逻辑控制器件组的控制下,所述调节控制信号生成模块输出与所述PWM信号占空比相符的方波信号,所述方波信号为所述调节控制信号Vref_DIM。在此,根据所述控制电路调整负载供电的电路结构,所述调节控制信号的占空比与所接收的PWM信号占空比相符的方式可以是调节控制信号与PWM信号的波形一致或相反。例如,所述检测单元基于PWM信号占空比越大,输出用以描述提高负载供电的调节度量信息的调节控制信号。又如,所述检测单元基于PWM信号占空比越大,输出用以描述降低负载供电的调节度量信息的调节控制信号。
在另一些实施方式中,所述步骤S110还包括基于所获取的控制指令生成PWM信号的步骤;其中,所述PWM信号用于生成所述调节控制信号。其中,所述控制指令可以由主控制电路与控制电路之间采用数据通信方式提供,在此,所述数据通信方式包括但不限于无线通信方式、有线通信方式。例如,主控制电路与控制电路之间藉由无线通信方式传输包含调节百分比的控制指令,对应电路中的PWM信号生成模块,其通过解调和解码所接收的控制指令得到调节百分比,并按照所述调节百分比输出对应占空比的PWM信号。所述控制指令还可以由人机交互面板与控制电路通过电连接关系提供。又如,控制电路与一人机交互面板电连接,所述人机交互面板藉由用户的调节操作调整内部信号发生器的脉宽、周期等,并输出对应的模拟信号,所述控制电路中的PWM信号生成模块基于所接收的模拟信号调整所生成的PWM信号的占空比并输出。根据实际电路设计需要,上述任一示例所生成的PWM信号可直接作为所述调节控制信号,或者传递给前述示例中所提及的调节控制信号生成模块,以生成可供控制电路内部识别的调节控制信号。
为了得到更便于描述调节度量信息的调节信号,所述步骤S110包括:获取所述开关电路的采样电信号,根据所述采样电信号检测在单位通断周期内用于反映负载侧供电的电压,并输出相应的检测信号的步骤。
在此,控制电路中的检测单元21通过对来自开关电路内部的或开关电路与供电母线之间线路上的采样电信号的检测,得到当前调节控制信号的控制下的负载侧供电的电信号变化情况,并产生用于描述所述电信号变化情况的检测信号。其中,所述采样电信号可以是开关电路所在线路上的采样单元所采集的电信号。请参阅图4,其显示为控制电路在一驱动系统中的结构示意图,所述采样单元13位于开关电路与地之间,并输出采样信号CS。所述采样电信号也可以为所述开关电路内部端口所采集的能够反映开关电路所在线路上供电的电信号。例如,采样所述开关电路12中开关单元的功率管的栅极或漏极电信号。其中,所述电信号变化情况即藉由在单位通断周期内所述开关电路所在线路的平均电压、分段平均电压、实时电压等予以描述。
为此,所述步骤S110进一步包含基于所述开关电路导通期间所获取的采样电信号的峰值电压,产生在单位通断周期内用于反映负载侧供电的电压的检测信号,并予以输出的步骤。
请参阅图5,其显示为控制电路中检测单元的架构示意图。所述检测单元包括信号检测模块。所述信号检测模块所获取的采样电信号来自于采样单元,所述采样单元设置于开关电路所在电路回路上。在图5所示示例中,所述采样单元13位于开关电路12的开关单元与地之间;在开关电路12导通期间,所述采样单元13输出采样电信号CS;在开关电路12断开期间,所述采样单元13所提供的采样电信号CS为一低电平信号(如0v电信号);所述信号检测模块检测所述采样电信号在单位通断周期内的平均电压,并输出以所述平均电压为幅值的检测信号CS_pos。
在一示例中,所述信号检测模块执行基于所述开关电路导通期间所获取的采样电信号,产生用于描述在单位通断周期内用于反映负载侧供电的电压的检测信号并予以输出的步骤。其中,在单位通断周期内用于反映负载侧供电的电压包括但不限于:在单位通断周期内所述开关电路所在线路的平均电压、分段平均电压、实时电压等。
在一些具体示例中,藉由一个单位通断周期内的平均电压与对应单位通断周期内开关电路所在线路的峰值电压具有比例关系,所述信号检测模块基于所述开关电路导通期间所获取的采样电信号的峰值电压,产生在单位通断周期内用于反映负载侧供电的电信号的检测信号,并予以输出。
在此,所述信号检测模块包括第一信号处理子模块和第一逻辑处理子模块。其中,所述第一信号处理子模块对所获取的采样电信号的电压进行平均处理以输出检测信号。所述第一逻辑处理子模块与所述第一信号处理子模块相连,其基于所述开关电路的控制信号控制所述信号处理子模块按照单位通断周期输出所述检测信号。
请参阅图6和图7,其中,图6显示为所述信号检测模块在一实施方式中的电路结构图;图7显示为图6所示电路结构中所标识的信号示意图。所述第一信号处理子模块包含:电容 C1、放大器、电阻R1和R2。所述第一逻辑处理子模块包括开关S21和S22。如图6所示,所述第一逻辑处理子模块接收控制单元输出至开关电路的控制信号GATE_ON,当GATE_ON 为高电平时,第一信号处理子模块开关S21导通且开关S22断开,采样电信号CS向电容C1 充电;当GATE_ON为低电平时,开关S21断开且开关S22导通,电容C1的CS_S端电压即为具有闭环增益的放大器的正输入端CS_H的电压,经由所述放大器处理输出的电信号经过电阻R1和R2分压,输出对应采样电信号平均电压的检测信号CS_pos。根据图6的电路结构运行时,产生对应图7的电信号变化图示,所述第一信号处理子模块在一个通断周期 (T1+T2)的起始时刻得到采样电信号CS的峰值电压,根据放大器的放大增益和所述电阻 R1和R2的阻值之间的比例关系,所输出的检测信号CS_pos的电压可以等于采样电信号CS 的峰值电压的一半、或与采样电信号CS的峰值电压成比例关系。利用上述电路结构,所述信号检测模块所输出的检测信号CS_pos反映了开关电路所在线路在通断周期(T1+T2)内的平均电压。
在又一具体示例中,在一些直流供电的驱动系统中,驱动系统包含功率转换电路,其利用电感励磁和退磁的能量转换方式将整流后的供电波形转换成更稳定的直流供电波形。所述开关电路的导通和断开为功率转换电路提供变化受控的供电能量,使得功率转换电路能够如上述运行。为了得到更准确的检测信号,在负载供电可调的控制电路中,所述控制方法还包括步骤S111(未予图示),检测与所述开关电路相连的功率转换电路中的退磁操作,并输出退磁检测信号。例如,所述退磁检测单元可采用如公开号CN107529254A或CN107484305A 中所提及的退磁结束检测模块的电路结构,并全文引入于此,所述退磁结束检测模块通过检测所获取的采样电信号的电压谷值,确定退磁操作的结束时刻,并在检测到退磁结束时产生退磁检测信号。为了便于后续逻辑处理,所述退磁检测单元在所述开关电路断开时输出有效的退磁检测信号,直至检测到退磁操作结束时将所述退磁检测信号转为无效。
对于负载供电可调的控制电路来说,若能向负载提供最大供电的情况由开关电路导通期间功率转换电路执行励磁操作以及开关电路断开期间功率转换电路执行退磁操作来描述,那么缩短导通时长(即缩短励磁操作的时长)以及延长断开时长(即在退磁操作结束后继续延时)中的至少一种,可实现减少向负载供电的目的,即减少负载将电能转化为其他能量的目的。由此实现比如LED灯的亮度自最亮逐渐调暗的目的。
藉由退磁检测信号和控制信号,所述信号检测模块可得到更准确的反映负载侧供电的的检测信号。为此,所述步骤S110还包括以下步骤:接收一退磁检测信号和所述开关电路的控制信号;基于所述控制信号和退磁检测信号的控制逻辑,输出基于所述开关电路导通期间所获取的采样电信号而产生的检测信号。
在此,所述信号检测模块可根据控制信号和退磁检测信号来获得单位通断周期中采样电信号的峰值电压,开关电路导通期间的实时采样电信号的电压等。不仅如此,所述信号检测模块还根据控制信号和退磁检测信号得到一个单位通断周期内的开关电路导通区间和开关电路断开区间,甚至还可以得到所述开关电路断开区间中的退磁检测区间和断续区间。其中,所述断续区间为负载供电为0的时间区间。
为此,所述信号检测模块包括第二信号处理子模块和第二逻辑处理子模块。其中,所述第二信号处理子模块按照单位通断周期内的多个区间对所获取的采样电信号的电压进行处理以输出检测信号。所述第二逻辑处理子模块与第二信号处理子模块相连,其基于所述控制信号和退磁检测信号而设置的对应单位通断周期内的多个区间的控制逻辑,控制所述信号处理子模块输出检测信号。
以所输出的检测信号反映单位通断周期中开关电路导通区间、退磁检测区间以及断续区间的电压变化为例,基于所获取的退磁检测信号和开关电路的控制信号的控制逻辑,在开关电路导通期间,所述第二逻辑处理子模块控制第二信号处理子模块实时获取的采样电信号并作为检测信号予以输出,并检测采样电信号的峰值电压;在退磁检测区间,所述第二逻辑处理子模块控制第二信号处理子模块按照预设比例将第二信号处理子模块所输出的峰值电压信号进行处理后作为检测信号予以输出;在断续区间,所述第二逻辑处理子模块控制第二信号处理子模块将电压地作为检测信号予以输出。由此可见,所述信号检测模块所检测的一个通断周期内的检测信号更精准地反映了开关电路的电压变化。
所述第二信号处理子模块包括但不限于:放大器、电容、电阻、缓存器等。所述第二逻辑处理子模块包括但不限于以下至少一种或多种组合:与门,或门,与非门,非门,二片式开关,三极管,功率管,以及用于配合各门电路实现控制逻辑的编码器、解码器、选择器、锁存器等。
请参阅图8和图9,其中,图8显示为所述信号检测模块在又一实施方式中的电路结构示意图;图9显示为图8所示电路结构中所标识的信号示意图。其中,第二信号处理子模块包括电容C2、放大器A、电阻R3和R4、缓冲器B等。第二逻辑处理子模块包括开关S31、 S32、S33、S34,以及或非门NOR_G。
结合图8和图9,其中控制信号GATE_ON以高电平表示开关电路导通、以低电平表示开关电路断开;退磁检测信号Tdemag在信号GATE_ON为低时开始有效(即高电平)直至退磁检测单元检测到退磁结束时转为无效(即低电平)。按照上述控制逻辑,开关S31和S33 受控制信号GATE_ON控制,开关S32受退磁检测信号Tdemag控制,开关S34受或非门 NOR_G控制;其中,或非门NOR_G基于控制信号GATE_ON和退磁检测信号Tdemag控制开关S34。当控制信号为高电平(即开关电路导通期间)、且退磁检测信号Tdemag为低电平 (即尚未检测退磁操作期间)时,开关S31和S33导通,开关S32、S34断开,第二信号处理子模块所输出的检测信号CS_pos为所获取的采样电信号CS;与此同时,利用电容C2的储能能力,电容C2一端电压信号CS_S跟随采样电信号CS的电压变化,并通过放大器A和电阻R3、R4将采样电信号CS进行电压分压,并通过缓冲器B输出,即信号CS_BUF。当控制信号为低电平(即开关电路断开期间)、且退磁检测信号Tdemag为高电平(即检测退磁操作期间)时,开关S31、S33、S34断开,开关S32导通,第二信号处理子模块所输出的检测信号CS_pos为缓冲器B所输出的信号CS_BUF,其中,所述信号CS_BUF的电压是开关电路导通结束时采样电信号CS的电压分压得到的。其中,信号CS_BUF的电压与采样电信号 CS的电压与电阻R3、R4的阻抗比相关。当控制信号持续为低电平(即开关电路断开期间)、且退磁检测信号Tdemag为低电平(即尚未检测退磁操作期间)时,开关S31、S32、S33断开,开关S34导通,第二信号处理子模块所输出的检测信号CS_pos为电压地。
请参阅图10和图11,其中,图10显示为所述信号检测模块在又一实施方式中的电路结构示意图;图11显示为图10所示电路结构中所标识的信号示意图。所述第二信号处理子模块包括包含电容C3、放大器A2和A3、电阻R5和R6。所述第二逻辑处理子模块包括开关S41、S42、S43、S44。其中,所述第二逻辑处理子模块基于退磁检测信号和控制信号生成逻辑信号Tdcm_B,其中,利用逻辑信号Tdcm_B的电平变化表示单位通断周期中的断续区间。例如,如图11所示,逻辑信号Tdcm_B为高电平期间表示非断续区间,逻辑信号Tdcm_B为低电平期间表示断续区间。
结合图10和图11所示的控制信号GATE_ON和逻辑信号Tdcm_B的控制逻辑,当GATE_ON为高电平且逻辑信号Tdcm_B为高电平期间,即在开关电路导通区间时,开关S41 和S43导通,开关S42和S44断开,第二信号处理子模块所输出的检测信号CS_pos为基于开关电路导通区间起始时刻而确定的负载侧平均电压;当GATE_ON为低电平且逻辑信号 Tdcm_B为高电平期间,即在退磁检测区间时,开关S42和S43导通,开关S41和S44断开,第二信号处理子模块所输出的检测信号CS_pos为基于退磁检测区间起始时刻而确定的负载侧平均电压;当GATE_ON为低电平且逻辑信号Tdcm_B为低电平期间,即在断续区间时,开关S42和S44导通,开关S41和S43断开,第二信号处理子模块所输出的检测信号CS_pos 为电压地。
需要说明的是,图6、图8和图10所示的电路结构仅为对所述信号检测模块的电路结构的举例,而非对所述信号检测模块的电路结构的限制。事实上,利用实际控制信号和退磁检测信号所表示的逻辑信息,可选用多种电路结构来实现上述控制逻辑,在此不一一举例。
在步骤S120中,根据所述检测信号和所述调节控制信号输出一调节信号,其中,所述调节信号用于反映所述调节控制信号的调节度量信息。
其中,所述调节信号为一种利用电压来描述调节控制信号所表示的调节度量值M1与负载实际电压所反映的调节度量值M2之间差异的信号。在此,所述调节信号的电压值变高表示所述控制电路中的控制单元需控制开关电路以使流经负载的供电电流增加,且所增加的供电电流应对应所述调节信号的电压值所表征的度量。以LED灯为负载为例,所述调节信号的电压值反映调节LED灯亮度的度量信息,当所述调节信号的电压值由v1升高至v2时,控制单元控制开关电路的导通时长由t1延长至t1’,或控制开关电路的断开时长由t2缩短至t2’,以使得LED灯的变亮后的亮度度量值(如光强值)与所述电压值v2相匹配。
为了得到所述调节信号,所述步骤S120包括基于所述调节控制信号将检测信号进行低通滤波处理并输出对应的调节信号的步骤。
在此,所述调节信号生成模块以调节控制信号为参考信号,以检测信号的电压为输入电压进行差分积分处理并输出调节信号。其中,利用所述检测信号描述调节控制信号变化前的调节度量信息,当调节控制信号发生变化的△t时间长度内,所述调节信号生成模块213将所获取的调节控制信号和检测信号的误差并进行低通滤波,并得到的调节信号,该调节信号的电压反映了在△t时间长度内调节度量变化差异。其中,△t时间长度至少为采样电信号经信号检测模块处理所需时长,或调节信号生成模块内部用于执行差分积分处理所设置的单位时长。例如,信号检测模块检测当前负载供电的平均电压为v1,所对应的调节控制信号的占空比为P1,所述调节信号的电压为V1,在△t时间长度内,若调节控制信号的占空比未被调整,则所述调节信号的电压稳定在基于平均电压v1波动而确定的范围内,若调节控制信号的占空比从P1变小(或变大)至P2,其表示需要将负载供电的平均电压自v1’减少(或增加)至 v2’,则在△t时间长度内,调节信号生成模块通过差分积分处理将调节信号的电压从V1减少 (或增加)至V2,后续的控制单元根据所述调节信号的电压来控制开关电路的导通时长和断开时长,从而实现负载供电的平均电压自v1’减少(或增加)至v2’的目的。
其中,在一些实施方式中,请参阅图12,其显示为控制电路在一实施方式中的结构示意图。其中,所述调节信号生成模块213包括跨导放大器Gm和滤波电容Ccomp,其中,调节控制信号Vref_DIM输入跨导放大器Gm的正输入端,检测信号CS_pos输入跨导放大器Gm 的负输入端,跨导Gm的输出端连接滤波电容Ccomp,跨导放大器Gm和滤波电容Ccomp构成低通滤波器并输出调节信号COMP。调节信号COMP的电压随调节控制信号Vref_DIM的占空比变化而变化。
在另一些实施方式中,所述步骤S120包括以下步骤:将所述检测控制信号与调节控制信号进行数字化的差分积分处理并产生差分积分信号,将所述差分积分信号进行累计计数并转换成模拟的调节信号。
在此,所述调节信号生成模块按照基于时钟信号而设置的单位时长,以及以当前检测到的调节控制信号的电压为参考电压,将所获取的检测信号进行数字化的差分积分处理,得到用高低电平形式表示的、单位时长内调节控制信号变化的数字化的调节信号。其中,所述单位时长可以是一个或N个时钟信号周期,N>1。为衔接上下级电路器件,所述调节信号生成模块所输出的调节信号需是可被模拟电器件处理的电信号。为此,所述调节信号生成模块将经差分积分处理的数字化的调节信号进行累计计数,得到以单位时长为电压变化单位的调节信号。其中,所述调节信号反映了将所获取的调节控制信号和检测信号的误差进行低通滤波后的电信号。根据实际电路设计需要,所述调节信号生成模块可基于电路的分辨率设置时钟信号的频率和所述调节信号生成模块内部的一些基准电压(如阶跃电压、电压幅值),以及选取模拟和数字器件等。
以图13为例,其显示为所述调节信号生成模块在又一实施方式中的结构示意图,所述调节信号生成模块包括在单位时长的脉冲信号CLK控制下执行的差分积分子模块214和数模转换子模块215。
其中,所述差分积分子模块214按照以单位时长反馈的差分积分信号,将所述检测信号CS_pos与调节控制信号Vref_DIM进行全差分积分处理,并输出1-bit差分积分信号(即1位数字的差分积分信号)。其中,所述单位时长是基于内部时钟信号的周期整数倍而设置的。
在此,所述差分积分子模块214以单位时长为△t,并依据(VCS±VFS)与调节控制信号Vref_DIM的电压Vref_DIM的差分积分处理,构建利用前一单位时长的差分积分信号选择利用检测信号CS_pos的电压与预设阶跃电压、或调节控制信号Vref_DIM的电压与阶跃电压来进行差分处理的电路结构,以及构建将差分处理后的两信号进行积分处理的电路结构,以得到利用高低电平描述的、且按照单位时长输出的1位数字化的差分积分信号。其中,VCS为所获取的检测信号CS_pos的电压;VFS为所述阶跃电压,其中,所述阶跃电压可由一内部基准电压提供,或者藉由差分积分信号的高电平电压提供。
所述数模转换子模块215按照所述单位时长将所述差分积分信号进行累计计数并转换成模拟的滤波信号。
在此,所述数模转换子模块215包括加减法计数器和数模转换器。其中,所述加减法计数器对所接收的1-bit差分积分信号进行累计计数。其中,所述加减法计数器为M位输出。在计数期间,所述加减法计数器按照所述单位时长采样所述差分积分信号,当所采样的差分积分信号为高电平时,所述加减法计数器执行加法操作,当所采样的差分积分信号为低电平时,所述加减法计数器执行减法操作。每个加法操作或减法操作后的累计数值以M位二进制的数字信号输出至数模转换器。所述数模转换器依据所接收的M位二进制数字信号生成对应的电压信号,所述电压信号即为调节信号COMP。
在步骤S130中,基于所述调节信号控制所述开关电路的导通时长和/或断开时长。
在此,所述步骤S130可由所述控制电路中的控制单元来执行。所述控制单元包括开关导通逻辑模块、开关断开延时逻辑模块和逻辑控制模块。
在此,为控制开关电路的导通时长和/或断开时长,所述步骤S130包括:基于所述调节信号和所述开关电路的控制信号计时所述开关电路的导通时长和/或计时所述开关电路的断开时长,并在对应计时超时时输出用于控制开关电路断开和/或导通的逻辑信号;以及基于所述用于控制开关电路断开和/或导通的逻辑信号的控制逻辑,对应控制所述开关电路导通和/ 或断开。
请参阅图14,其显示为控制电路在一实施方式中的结构示意图。所述控制单元包括开关逻辑模块和逻辑控制模块。
所述开关逻辑模块与所述检测单元相连,其基于所述调节信号和所述开关电路的控制信号计时所述开关电路的导通时长和/或计时所述开关电路的断开时长,并在对应计时超时时输出用于控制开关电路断开和/或导通的逻辑信号。其中,在计时所述导通时长期间,开关逻辑模块可维持控制电路导通的逻辑信号,直至计时超时时输出控制开关电路断开的逻辑信号;在计时所述断开时长期间,开关逻辑模块可维持控制电路断开的逻辑信号,直至计时超时时输出控制开关电路导通的逻辑信号。其中,所述断开时长可以基于退磁检测时长而定,或者同时参考退磁检测时长和断开延时时长中最长者,确定断开时长。其中,根据调节信号的电压,所述断开延时时长可调时长,其可以短于退磁检测时长或长于退磁检测时长。
其中,所述开关逻辑模块可包含开关导通逻辑模块,其与所述检测单元相连,并基于所述调节信号调节所述开关电路的导通时长,并在所述导通时长超时时输出用于控制开关电路断开的第一逻辑信号。
在此,所述开关导通逻辑模块以所述调节度量信息所对应的电压为一阈值电压,在开关电路导通时开始计时导通时长,并在所述导通时长超时时输出所述第一逻辑信号。其中,所述开关导通逻辑模块包括第一计时子模块和第一逻辑子模块。所述第一计时子模块获取所述开关电路的控制信号,用于在所述控制信号表示导通时计时开关电路的导通时长,并输出用于反映所述开关电路导通时长的计时信息。其中,所述控制信号包括但不限于:来自于所述控制电路输出至开关电路的控制信号,或者来自于所述开关电路中驱动单元向开关单元输出的驱动信号。所述计时信息可由电压来描述;为此,所述开关导通逻辑模块中包含随时间线性变化的电路部分并输出对应计时时长的电压信号。
在一示例中,请参阅图15,其显示为所述开关导通逻辑模块在一实施方式中的电路示意图。所述第一计时子模块包括逻辑器件组L11和电容C4,所述逻辑器件组L11获取开关电路的控制信号。所述逻辑器件组L11是根据控制信号控制电容C4充电和放电逻辑而设置的。在所述逻辑器件组的控制下,当开关电路导通时,所述电容C4充电,当开关电路断开时,所述电容C4放电。在图15所示示例中,所述逻辑器件组L11包括非门和开关S41,所述第一计时子模块还内置或外接一电流源其提供向所述电容C4充电的电流Iref,以及内置或外接一电压源其提供在逻辑器件组L11控制电容C4放电时的放电路径并提供电容C4的初始电压 COMP_ini。其中,所述截止器件举例包括反向二极管或电阻。当开关电路的控制信号表示导通时(即获取了开关电路的导通信号),开关S41断开,电流源向电容C4充电,电容C4一端电压升高并输出至第一逻辑子模块;当开关电路的控制信号表示断开时(即获取了开关电路的断开信号),开关S41导通,电流源向电容C4放电至初始电压COMP_ini。
需要说明的是,图15中所示的所述第一计时子模块仅为举例而非对本申请的限制。所述电容C3可利用控制信号的高进行充电以及利用其他逻辑器件组对电容C3至电压地线路的通断控制连接进行放电。在此不再一一详述。
在又一示例中,所述第一计时子模块接收一时钟信号并包含计数器D1、逻辑器件组L2。其中该逻辑器件组L2受开关电路的控制信号控制,当控制信号表示导通时(即获取了开关电路的导通信号),计数器D1开始计数时钟信号并将所计时钟信号的数量以电压形式输出;当开关电路的控制信号表示断开时(即获取了开关电路的断开信号),计数器D1复位。所述逻辑器件组L2包含触发器等逻辑器件。
所述第一计时子模块所输出的以电压形式表示的计时时长输出至第一逻辑子模块。所述第一逻辑子模块用于当所述计时信息与所述调节度量信息相匹配时,输出第一逻辑信号。在此,所述第一逻辑子模块以前述检测单元所输出的调节信号COMP的电压为一阈值电压,并利用比较器对第一计时子模块所输出的电压Vramp1和所述阈值电压进行比较,当电压 Vramp1达到该阈值电压时,输出第一逻辑信号Off_pulse。如图15所示,比较器的正输入端接收电压Vramp1,负输入端接收调节信号COMP的电压,当电压Vramp1升高至调节信号 COMP的电压时,输出以高电平表示的第一逻辑信号Off_pulse。需要说明的是,本领域技术人员应该理解,所述第一逻辑信号Off_pulse的有效信号是高电平或低电平与后续的控制逻辑相关,图15所示第一逻辑子模块仅为举例而非对本申请的限制。所述第一逻辑信号输出至逻辑控制模块,用以供逻辑控制模块执行基于第一逻辑信号的断开控制逻辑,以输出使开关电路断开的控制信号。所述逻辑控制模块的控制逻辑还与开关断开延时逻辑模块相关。
所述开关逻辑模块还可以包含开关断开延时逻辑模块,其与所述检测单元相连,并基于所述调节信号调节所述开关电路的断开延时时长,并在所述断开延时时长超时后输出用于控制开关电路导通的第二逻辑信号。
在此,所述开关断开延时逻辑模块以所述调节信号的电压为一阈值电压,在开关电路断开时开始计时断开延时时长,并在所述断开延时时长超时后输出所述第二逻辑信号。在一些示例中,所述开关断开延时逻辑模块的电路结构可与开关导通逻辑模块相同或相似,在此不再详述。
在另一些示例中,所述开关断开延时逻辑模块采用分段线性地基于所述调节信号进行调节的方式对开关电路断开延时时长进行调整,以提高在负载供电接近最少和最多的调节区间提高调节深度。其中,所述断开延时时长可以为开关电路的断开时长,或者构成所述断开时长的一部分。在此,所述开关断开延时逻辑模块包含至少一个基于调节信号而调节电压的半导体器件(组),利用半导体器件(组)随电压呈现线性变化区间的特点,或者利用半导体器件随电压呈现线性变化区间和饱和区间的特点,进行断开延时时长调整。以调节信号的电压越大,断开延时时长越短为例,当调节信号的电压落入所述开关断开延时逻辑模块中半导体器件(组)的线性电压区间时,基于经该半导体器件(组)转换后的调节信号的电压为一阈值电压,并利用所述开关断开延时逻辑模块中的电容(或时钟信号计数器)等藉由电压反映计时的计时电路,进行断开延时时长的计时,并在计时超时时输出第二逻辑信号。
其中,为实现分段线性地基于所述调节信号进行调节的目的,所述开关断开延时逻辑模块包括多段线性调节子模块和断开延时逻辑子模块。
所述多段线性调节子模块具有至少两个不同的线性区段,基于根据调节信号所反映的调节度量信息及所对应的线性区段,转换所接收的调节信号。
其中,技术人员可依据所述调节信号的电压所对应的调节度量区间(如调节信号的电压区间)来选取所述开关断开延时逻辑模块中的半导体器件(组),以使其电压承受范围在所述调节度量区间内呈现线性变化和恒压不变两个不同的分段,用以根据负载供电量调整断开延时时长。在另一具体示例中,所述开关断开延时逻辑模块包含多个线性变化区间的线性权重不同的半导体器件(组),并依据所述调节的电压所对应的调节度量区间(如调节信号的电压区间)来分段采用不同的半导体器件(组)产生对应不同权重的断开延时时长。在又一具体示例中,所述开关断开延时逻辑模块结合前两中示例,结合多个半导体器件(组)的不同线性权重的线性变化区间和各自的饱和区间,实现分段的断开延时时长。
请参阅图16和图17,其中,图16显示为所述开关断开延时逻辑模块在一实施方式中的结构示意图,图17为图16中所示电信号的波形图。其中,所述多段线性调节子模块包含至少两个具有不同线性关系的线性调节子模块。其中,每个线性调节子模块按照各自线性关系将所接收的调节信号予以转换。其中,所述不同线性关系包括但不限于以下至少一种:各线性调节子模块具有不同的饱和电压,各线性调节子模块具有不同线性电压系数。如图16所示,所述多段线性调节子模块包括线性调节子模块F1和线性调节子模块F2,其中,如图17所示,线性调节子模块F1以参考电压Vref1为线性电压区间的边界电压,其另一个边界电压可以基于所述线性调节子模块F1中的半导体器件(组)的饱和电压而定。线性调节子模块F2以参考电压Vref2为线性电压区间的边界电压,其另一个边界电压可以基于所述线性调节子模块 F2中的半导体器件(组)的饱和电压而定。所述线性调节子模块F1和线性调节子模块F2各自线性电压区间的线性系数不同,以及各自的饱和电压不同。在此,所述线性调节子模块F1 和线性调节子模块F2具有相同电路结构和采用不同半导体器件的特点。以线性调节子模块 F1为例,其包含差分电压转电流电路。其中,差分电压转电流电路输出所述参考电压Vref1 和调节信号COMP电压的电压差值转换成的电流信号Imod1。当调节信号COMP电压由最大值减小时,差分电压转电流电路所输出的电流Imod1以α1为线性系数随之减小;当调节信号COMP电压减小,并使得差分电压转电流电路所输出的电流达到饱和时,差分电压转电流电路输出恒定电流。电流Imod1并输出至信号整合子模块。所述线性调节子模块F2的电路结构可与线性调节子模块F1的电路结构相似并将所得到的电流Imod2也输出至信号整合子模块,在此不一一详述。
需要说明的是,上述线性调节子模块的电路结构仅为举例,而非对本申请的限制。事实上,线性调节子模块可通过选取半导体器件的电气特性,得到调节信号COMP在自身电压范围内均位于差分放大器的线性电压区间内。在另一些示例中,所述多段线性调节子模块中的线性调节子模块的数量可以更多,并将调节信号COMP的电压基于更多的不同线性系数转化成多个电流Imod-i,其中i对应于第i个线性调节子模块。
所述信号整合子模块与每个线性调节子模块相连,其将每个线性调节子模块所输出的电信号线性整合以得到转换后的调节信号。
在此,所述信号整合子模块将各线性调节子模块所输出的电流Imon-i按照各自权重进行整合,得到转换后的调节信号。其中,所述信号整合子模块包含分别连接线性调节子模块的电阻Ri,各电阻的阻值基于各自权重而定。其中,在一些具体示例中,所述信号整合子模块将整合后的调节信号输出至断开延时逻辑子模块。在另一些具体示例中,所述信号整合子模块还包括用以采样转换后的调节信号的采样电阻。利用该采样电阻对转换后的调节信号进行采样,以得到用以描述转换后的调节信号的电压信号Vmod。所述电压信号Vmod作为一参考电压被输出至断开延时逻辑子模块。
所述断开延时逻辑子模块获取所述开关电路的控制信号,其基于所述控制信号和转换后的调节信号,计时所述开关电路的断开延时时长,并在所述断开延时时长超时时输出用于控制开关电路导通的第二逻辑信号。
在此,所述断开延时逻辑子模块中包含计时电路部分,其利用电容(或时钟信号的计数器)将所计时长用电压Vramp2表示,并利用比较器比较表示电压Vramp2和转换后的调节信号的电压Vmod,当Vramp2达到转换后的调节信号的电压Vmod时,比较器输出第二逻辑信号。
为防止逻辑异常,所述断开延时逻辑子模块中比较器所输出的电信号经过逻辑处理后成为第二逻辑信号。例如,如图16所示,所述断开延时逻辑子模块获取开关电路的控制信号 GATE_ON,所述控制信号GATE_ON可与前述第一计时子模块中所获取的控制信号相同;控制信号GATE_ON控制开关S51,当开关S51断开时,恒流源向电容C4充电,使得电容C4 输出用于反映充电计时时长的电压Vramp2,比较器比较电压Vramp2和电压Vmod,当 Vramp2≥Vmod时,比较器输出高电平,为确保开关电路在导通期间不产生误断开操作,所述断开延时逻辑子模块中还包括控制信号GATE_ON和比较器输出电压信号的控制逻辑,即利用非门和与门组成的控制逻辑,当控制信号GATE_ON表示开关电路断开且比较器输出的电压信号表示计时超时时,输出第二逻辑信号Toff_min。所述第二逻辑信号Toff_min同样输出至逻辑控制模块。
需要说明的是,图16中所示断开延时逻辑子模块的电路结构仅为举例而非对本申请的限制。事实上,受控制信号GATE_ON高低电平各自对应的开关控制逻辑,以及比较器正负输入端所接收的信号电压的设计,所述断开延时逻辑子模块可由其他逻辑器件(组)构成相应的控制逻辑,得到所述第二逻辑信号。
还需要说明的是,根据实际设计需要,所述开关导通逻辑模块和开关断开延时逻辑模块可仅其中之一被配置在控制电路中,或同时配置在控制电路中。当其中之一配置在电路中时,其负载供电的调节精度和调节深度略低于同时配置在控制电路。
所述逻辑控制模块与所述开关导通逻辑模块和开关断开延时逻辑模块相连,用于基于所述第一逻辑信号和第二逻辑信号的控制逻辑,控制所述开关电路导通和断开。其中,所述逻辑控制模块包括用于实现所述控制逻辑的逻辑器件(组)。其中,所述逻辑器件(组)包括但不限于以下至少一种或多种组合:与门、或门、与非门、非门、编码器、解码器、选择器、锁存器、触发器等。
在一些示例中,所述逻辑控制模块可在收到第一逻辑信号(或第一逻辑信号有效)时,输出用于控制开关电路断开的控制信号,以及在收到第二逻辑信号(或第二逻辑信号有效) 时,输出用于控制开关电路导通控制信号。例如,所述逻辑控制模块包含触发器,触发器的复位端接收第一逻辑信号,置位端接收第二逻辑信号和退磁检测信号两者处理后的信号。当第一逻辑信号有效时,触发器输出低电平,以控制开关电路断开;当第二逻辑信号和退磁检测信号两者处理后的信号有效时,触发器输出高电平,以控制开关电路导通。
在又一些示例中,所述逻辑控制模块还接收退磁检测信号。所述退磁检测信号来自于前述提及的退磁检测单元。所述逻辑控制模块根据所述第一逻辑信号、第二逻辑信号和所述退磁检测信号的控制逻辑,控制所述开关电路导通和断开。其中,第二逻辑信号和退磁检测信号均可用来控制开关电路导通。为此,所述逻辑控制模块中包含用于确定开关电路转入导通状态的逻辑器件(组)。该逻辑器件(组)根据接收到第二逻辑信号和退磁检测信号的时序,按照后有效的信号来控制开关电路导通。例如,所述逻辑控制模块根据第二逻辑信号和退磁检测信号中时间居后者有效,且第一逻辑信号无效的控制逻辑,输出用于控制开关电路导通的控制信号,以及根据根据第一逻辑信号有效、且第二逻辑信号和退磁检测信号均无效的控制逻辑,输出用于控制开关电路断开的控制信号。
需要说明的是,本领域技术人员应该理解,根据实际第一逻辑信号、第二逻辑信号和退磁检测信号的有效时机及所持续的时长而设计控制逻辑,而非仅限于本申请所提供的电路结构。
请参阅图23,其显示为本申请提供的驱动方法在一实施方式中流程图。所述驱动方法主要由前述驱动系统来执行,或者其他能够执行所述驱动方法的驱动系统。
在步骤S210中,将所接入的交流电进行整流处理并输出至供电母线。
在此,可利用整流电路将所接入的交流电进行整流处理并输出至供电母线。如图16所示,所述整流电路41包括由二极管构成的整流桥和电容,其将交流电整流为半正弦波形供电输出至供电母线。接入所述供电母线的线路回路(即负载供电线路)的开关电路在包含控制电路的芯片控制下导通或断开。其中,所述控制电路基于所获取的调节控制信号执行以下步骤S220-S240。
在步骤S220中,检测在当前调节控制信号的控制下用于反映负载侧供电的电信号并生成检测信号。
在步骤S230中,根据所述检测信号和所述调节控制信号输出一调节信号,其中,所述调节信号用于反映所述调节控制信号的调节度量信息。
在步骤S240中,基于所述调节信号控制所述开关电路的导通时长和/或断开时长。
需要说明的是,所述步骤S220-S240对应于前述步骤S110-S130,在此不再详述。所述控制电路通过控制开关电路的导通或断开实现所述线路回路的导通或断开。
在步骤S250中,在所述开关电路控制下进行能量转换,并利用转换后的电能向负载供电。
在此,位于负载侧且与供电母线相连的线路回路上设置功率转换电路,其在开关电路导通和断开操作下产生基于整流后的供电与直流供电的能量转换,并基于转换后的电能向负载供电。其中所述功率转换电路举例包括LC功率转换电路。
在一些实施方式中,所述调节控制信号是通过将用户操作所产生的调节控制指令转换而得的。为此,在一些驱动系统中还包括主控制电路。
其中,请参阅图21,其显示为驱动系统在一实施方式中的结构图,所述主控制电路46 至少包括:数据接口单元462和处理单元461。其中,所述数据接口单元462包括但不限于:无线网络接口模块、数据线接口模块等。其中,所述无线网络接口模块举例为基于射频的网络接口模块、基于ZigBee的网络接口模块、基于WIFI的网络接口模块或基于移动通信的网络接口模块等。所述数据线接口模块举例为基于USB的接口模块或基于RS-232的接口模块等。所述处理单元461分别与无线网络接口模块和数据线接口模块相连,用于将通过所述无线网络接口模块获取的调节控制指令转换成所述调节控制信号,并将所述调节控制信号通过数据线接口模块输出至所述控制电路。例如,所述主控制电路46通过无线网络接口模块与用户的移动设备通信连接,并获取用户在移动设备上操作而产生的调节控制指令,所述处理单元461将所述调节控制指令转换成利用占空比描述调节度量信息的调节控制信号。在又一些示例中,所述主控制电路46还包括人机交互面板(未于图示),所述人机交互面板通过数据接口单元462连接处理单元461,则用户操作人机交互面板产生调节控制指令。其中,所述人机交互面板举例包括触摸屏、按钮、滚轮等。
在一些LED灯的驱动系统中,主控制电路位于嵌设在墙面的人机交互面板中,该人机交互面板中的开关通过线路连接至整流电路以形成交流电的供电回路,主控制器通过线路连接芯片以传输PWM信号;用户通过操作人机交互面板上的选项按钮向主控制电路发出调节控制指令,所述主控制电路中的处理单元将调节控制指令转换成PWM信号,通过数据接口单元输出至芯片中的控制电路。所述控制电路可基于前述任一实施方式执行LED灯的亮度调节,在此不再重述。
在又一些LED灯的驱动系统中,主控制电路与整流电路、开关电路、功率转换电路、芯片及外围电路等均设置在印刷电路板(即PCB板)上,用户通过操作智能终端与主控制电路通信,由此向主控制电路发送调节控制指令,所述主控制电路中的处理单元将调节控制指令转换成PWM信号,通过数据接口单元输出至芯片中的控制电路。所述控制电路可基于前述任一实施方式执行LED灯的亮度调节,在此不再重述。
综上所述,本申请提供的控制电路及方法、驱动系统及方法及芯片,藉由检测开关电路的电信号来确定当前调整控制信号的调节度量信息,能够实现控制电路及驱动系统适应任何交流电标准;同时,利用调节度量信息控制所述开关电路的导通时长和断开时长,有效提高了负载供电调节的调节深度。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效,而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本申请的权利要求所涵盖。
Claims (32)
1.一种控制电路,用于按照所获取的调节控制信号控制一开关电路,以利用所述开关电路的导通时长和断开时长调节负载的供电,其特征在于,包括:
检测单元,用于检测在当前调节控制信号的控制下反映负载侧供电的电信号,并生成检测信号,根据所述检测信号和所述调节控制信号之间的误差电压输出一调节信号;其中,所述反映负载侧供电的电信号由位于所述开关电路所在线路上的采样单元提供;
控制单元,与所述检测单元相连,用于基于所述调节信号控制所述开关电路的导通时长和/或断开时长。
2.根据权利要求1所述的控制电路,其特征在于,所述检测单元包括:
信号检测模块,用于获取所述开关电路的采样电信号,根据所述采样电信号检测在单位通断周期内反映负载侧供电的电压,并输出相应的检测信号;
调节信号生成模块,与所述信号检测模块相连,并获取所述调节控制信号,用于将基于所述调节控制信号与检测信号而形成的误差信号,进行低通滤波处理并输出对应的调节信号。
3.根据权利要求2所述的控制电路,其特征在于,所述信号检测模块用于基于所述开关电路导通期间所获取的采样电信号的峰值电压,产生用于反映在单位通断周期内用于反映负载侧供电的电压的检测信号,并予以输出。
4.根据权利要求3所述的控制电路,其特征在于,所述信号检测模块包括:
信号处理子模块,用于对所获取的采样电信号的电压进行平均处理以输出检测信号;
逻辑处理子模块,与所述信号处理子模块相连,用于基于所述开关电路的控制信号控制所述信号处理子模块按照单位通断周期输出所述检测信号。
5.根据权利要求2所述的控制电路,其特征在于,所述信号检测模块还用于接收一退磁检测信号,基于所获取的所述开关电路的控制信号和所述退磁检测信号的控制逻辑,输出基于所述开关电路导通期间所获取的采样电信号而产生的检测信号。
6.根据权利要求5所述的控制电路,其特征在于,所述信号检测模块包括:
信号处理子模块,用于按照单位通断周期内的多个区间对所获取的采样电信号的电压进行处理以输出检测信号;
逻辑处理子模块,与所述信号处理子模块相连,用于基于所述控制信号和退磁检测信号而设置的对应单位通断周期内的多个区间的控制逻辑,控制所述信号处理子模块输出检测信号。
7.根据权利要求2所述的控制电路,其特征在于,所述调节信号生成模块将所述检测信号与调节控制信号进行数字化的差分积分处理并产生差分积分信号,将所述差分积分信号进行累计计数并转换成模拟的调节信号。
8.根据权利要求2所述的控制电路,其特征在于,所述调节信号生成模块包括:
跨导放大器,用于输出所述检测信号与调节控制信号的差分积分信号;
滤波电容,与所述跨导放大器相连,用于将所述差分积分信号进行低通滤波并输出所述调节信号。
9.根据权利要求1所述的控制电路,其特征在于,所述检测单元包括调节控制信号生成模块,用于基于预设电压输出与所获取的PWM信号的占空比相符的调节控制信号。
10.根据权利要求9所述的控制电路,其特征在于,所述调节控制信号生成模块包括:
缓冲器,用于缓冲所获取的预设电压;
逻辑控制器件组,用于基于所述预设电压输出与所获取的PWM信号的占空比相符的调节控制信号。
11.根据权利要求1或9所述的控制电路,其特征在于,所述检测单元包括:PWM信号生成模块,用于基于所获取的控制指令生成PWM信号;其中,所述PWM信号用于生成所述调节控制信号。
12.根据权利要求1所述的控制电路,其特征在于,所述控制单元包括:
开关逻辑模块,与所述检测单元相连,用于基于所述调节信号和所述开关电路的控制信号计时所述开关电路的导通时长和/或计时所述开关电路的断开时长,并在对应计时超时时输出用于控制开关电路断开和/或导通的逻辑信号;
逻辑控制模块,与所述开关逻辑模块相连,用于基于所述用于控制开关电路断开和/或导通的逻辑信号的控制逻辑,控制所述开关电路导通和断开。
13.根据权利要求12所述的控制电路,其特征在于,所述开关逻辑模块包括以下至少一种:
开关导通逻辑模块,与所述检测单元相连,用于基于所述调节信号调节所述开关电路的导通时长,并在计时所述导通时长超时时输出用于控制开关电路断开的第一逻辑信号;
开关断开延时逻辑模块,与所述检测单元相连,用于基于所述调节信号调节所述开关电路的断开延时时长,并在计时所述断开延时时长超时后输出用于控制开关电路导通的第二逻辑信号。
14.根据权利要求13所述的控制电路,其特征在于,所述开关导通逻辑模块包括:
第一计时子模块,获取所述开关电路的控制信号,用于在所述控制信号表示导通时,计时开关电路的导通时长,并输出用于反映所述开关电路导通时长的计时信息;
第一逻辑子模块,与所述第一计时子模块相连,用于当所述计时信息与所述调节信号相匹配时,输出第一逻辑信号。
15.根据权利要求13所述的控制电路,其特征在于,所述开关断开延时逻辑模块分段线性地基于所述调节信号调节所述开关电路的断开延时时长。
16.根据权利要求15所述的控制电路,其特征在于,所述开关断开延时逻辑模块包括:
多段线性调节子模块,具有至少两个不同的线性区段,基于根据调节信号所反映的调节度量信息及所对应的线性区段,转换所接收的调节信号;
断开延时逻辑子模块,与所述多段线性调节子模块相连并获取所述开关电路的控制信号,用于基于所述控制信号和转换后的调节信号,计时所述开关电路的断开延时时长,并在所述断开延时时长超时时输出所述第二逻辑信号。
17.根据权利要求16所述的控制电路,其特征在于,所述多段线性调节子模块包括:
至少两个具有不同线性关系的线性调节子模块,其中,每个线性调节子模块按照各自线性关系将所接收的调节信号予以转换;
信号整合子模块,与每个线性调节子模块相连,用于将每个线性调节子模块所输出的电信号线性整合以得到转换后的调节信号。
18.根据权利要求12所述的控制电路,其特征在于,所述逻辑控制模块还接收一退磁检测信号,所述逻辑控制模块基于所述逻辑信号和所述退磁检测信号的控制逻辑,控制所述开关电路导通和断开。
19.根据权利要求5或18所述的控制电路,其特征在于,还包括退磁检测单元,用于检测与所述开关电路相连的功率转换电路中的退磁操作,并输出退磁检测信号。
20.根据权利要求1所述的控制电路,其特征在于,所述控制电路用于调节LED负载的亮度。
21.一种芯片,其特征在于,包括如权利要求1-6、8、12-20中任一所述的控制电路。
22.根据权利要求21所述的芯片,其特征在于,还包括滤波电容引脚;所述控制电路中的检测单元中的调节信号生成模块,包括跨导放大器,用于输出所述检测信号与调节控制信号的差分积分信号;
其中,所述跨导放大器的输出端通过所述滤波电容引脚外接一滤波电容,以得到所述调节信号。
23.根据权利要求21所述的芯片,其特征在于,所述控制电路中的检测单元包括调节信号生成模块,用于将所述检测信号与调节控制信号进行数字化的差分积分处理并产生差分积分信号,将所述差分积分信号进行累计计数并转换成模拟的调节信号。
24.根据权利要求21所述的芯片,其特征在于,所述控制电路中的检测单元包括调节控制信号生成模块,用于基于预设电压输出与所获取的PWM信号的占空比相符的调节控制信号;其中,所述芯片集成所述调节控制信号生成模块,或具有接收所述调节控制信号的引脚。
25.根据权利要求24所述的芯片,其特征在于,所述调节控制信号生成模块包括:
缓冲器,用于缓冲所获取的预设电压;
逻辑控制器件组,用于基于所述预设电压输出与所获取的PWM信号的占空比相符的调节控制信号。
26.根据权利要求21或24所述的芯片,其特征在于,所述检测单元包括:PWM信号生成模块,用于基于所获取的控制指令生成PWM信号;其中,所述PWM信号用于生成所述调节控制信号;所述芯片集成所述PWM信号生成模块,或具有接收所述PWM信号的引脚。
27.根据权利要求21-所述的芯片,其特征在于,还包括驱动单元,与所述控制电路相连,用于在所述控制电路的控制下驱动位于负载供电线路上的开关单元。
28.根据权利要求27所述的芯片,其特征在于,还包括所述开关单元,用于在所述驱动单元的驱动下调整位于负载供电线路上的功率转换电路中的电流。
29.一种驱动系统,其特征在于,包括:
整流电路,用于将所接入的交流电进行整流处理并输出至供电母线;
开关电路,用于受控导通或断开;
功率转换电路,用于在所述开关电路控制下产生电流振荡,并利用振荡电流向负载供电;
如权利要求20-26中任一所述的芯片,用于根据一调节控制信号和所获取的用于反映负载供电的电信号,调节所述开关电路的导通时长和/或断开时长。
30.根据权利要求29所述的驱动系统,其特征在于,所述开关电路中的驱动单元、或者所述开关电路集成在所述芯片中。
31.根据权利要求29所述的驱动系统,其特征在于,还包括:主控制电路,与所述芯片数据连接,用于基于获取用户操作所产生的调节控制指令向所述芯片输出所述调节控制信号。
32.根据权利要求31所述的驱动系统,其特征在于,所述主控制电路包括:
数据接口单元,获取基于用户操作所产生的调节控制指令,以及与所述芯片连接;
处理单元,与所述数据接口单元相连,用于将所述调节控制指令转换成所述调节控制信号,并通过所述数据接口单元输出至芯片中的控制电路。
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