TW201603644A - 使用ｔｒｉａｃ調光器的調光控制系統和方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供了一種使用TRIAC調光器的調光控制系統和方法。該調光控制系統包括：一個或多個信號處理元件，被配置為接收與TRIAC調光器相關聯的第一信號，根據第一信號生成數位脈衝型的第二信號，並將第二信號發送給開關，以控制開關的閉合或斷開從而控制輸出到發光元件的電流。

Description

使用TRIAC調光器的調光控制系統和方法

本發明涉及積體電路，更具體地涉及使用TRIAC調光器(TRIAC Dimmer)的調光控制系統和方法。

包含發光二極體(LED)的照明系統常常使用包括交流三極管(TRIAC,Triode for Alternating Current)的傳統燈調光器(例如，壁裝式的)來調節LED的亮度。TRIAC是雙向的並且電流可在任一方向流經TRIAC(例如，流進TRIAC或流出TRIAC)。TRIAC可由柵極電流(例如，在任一方向上流動)觸發，柵極電流通常是通過向TRIAC的柵極施加電壓(例如，正電壓或負電壓)生成的。一旦被觸發，TRIAC就持續引導電流直到電流下降到某個閾值(例如，維持電流)之下為止。

第1圖是示出使用TRIAC調光器的傳統LED照明系統的簡化示圖。例如，照明系統100實現初級側調整方案和用於驅動一個或多個LED 172的具有單級功率因數校正(PFC)的反激式結構。照明系統100包括控制器102、AC供應元件122、TRIAC調光器118、全波整流橋124、電容器126,136,140,150和170、電阻器128,130,134,138,146,148,154和156、電源開關132和152、二極體142,144和168、以及包括初級繞組162、次級繞組164和輔助繞組166的變壓器。控制器102包括端子104,106,108,110,112,114,116和120。例如，電源開關132和152是電晶體。在另一示例中，TRIAC調光器118是包括交流三極管(TRIAC)的調光器。

如第1圖所示，TRIAC調光器118處理來自AC供應元件122 的AC輸入信號121，並且生成由全波整流橋124處理的電壓信號123，以便生成電壓信號174(例如，V_bulk)。TRIAC調光器118與包括接通時段和關斷時段的調光週期相關聯。在TRIAC調光器118的接通時段期間，電壓信號174的大小近似等於AC輸入信號121。在TRIAC調光器118的關斷時段期間，電壓信號174具有低的大小(例如，近似為零)。電容器150(例如，C₁)回應於電壓信號174(例如，V_bulk)通過電阻器138(例如，R₃)被充電，並在端子112(例如，端子VCC)處生成電壓信號176。如果電壓信號176超過欠壓鎖定(UVLO,Under-Voltage-Lock-Out)閾值電壓，則控制器102被啟動，並通過端子116(例如，端子GATE)輸出調製信號178(例如，脈寬調製(PWM)信號)以閉合(例如，接通)或斷開(例如，關斷)用於照明系統100的常規操作的電源開關152(例如，M2)。包括電阻器130(例如，R₂)和電阻器134(例如，R₄)的分壓器電路至少基於電壓信號174(例如，V_bulk)生成電壓信號179。控制器102檢測端子106(例如，端子V_S)處的電壓信號179，以影響功率因數並確定TRIAC調光器118的狀態。

當控制器102改變調製信號178以閉合(例如，接通)電源開關152(例如，M2)時，初級電流180流經初級繞組162，並且通過電阻器154(例如，R_S)生成電流感測信號188。控制器102檢測端子120(例如，端子CS)處的電流感測信號188。例如，電流感測信號188的峰值影響調製信號178以在每個週期中斷開(例如，關斷)電源開關152。輔助電流182流經輔助繞組166以對電容器150(例如，C₁)充電，並在輔助繞組166處生成電壓信號184。包括電阻器146(例如，R₅)和電阻器148(例如，R₆)的分壓器電路至少基於電壓信號184生成電壓信號186。控制器102在端子114(例如，端子ZCD)處接收電壓信號186，以檢測與包括次級繞組164的變壓器相關聯的退磁過程的結束。另外，電容器170被用來維持輸出電壓以將穩定電流輸出給LED 172。在TRIAC調光器118的接通時段期間，電源開關132(例如，M1)斷開(例如，關斷)。在TRIAC調光器118的關斷時段期間，電源開關 132閉合(例如，接通)以提供維持電流(Bleeding Current)從而使TRIAC調光器118正常地操作。

第2圖是第1圖所示的控制器102的簡化傳統示圖。控制器102包括比較器202、包含比較器204和開關205的誤差放大器、邏輯控制元件206、柵極驅動元件208、信號生成器210(例如，PWM信號生成器)、乘法器212以及包含誤差放大器和電流檢測單元的恒流調整元件214。例如，PWM信號生成器被配置為生成一個或多個脈寬調製信號。在另一示例中，PWM信號生成器包括比較器。

如第1圖和第2圖所示，比較器204接收電壓信號179和閾值信號226以檢測TRIAC調光器118的狀態，並輸出調光信號228。開關205回應於調光信號228而閉合或斷開以影響輸出電流從而調節LED 172的亮度(例如，線性地調節作為輸出電流的函數的LED 172的亮度)。恒流調整元件214在端子120(例如，端子CS)接收電流感測信號188以檢測初級電流180的峰值，並且在與變壓器(包括初級繞組162和次級繞組164)相關聯的退磁時段中對初級電流180的峰值積分。乘法器212接收來自恒流調整元件214的經處理信號216和來自端子106(例如，端子VS)的電壓信號179，並生成輸出信號218。

信號生成器210接收電流感測信號188和輸出信號218並生成信號220。在操作週期期間，如果調製信號178為邏輯高電平並且電源開關152閉合(例如，接通)，則流經電源開關152的初級電流180的大小增大。作為回應，電流感測信號188的大小增大。如果電流感測信號188的大小變得大於輸出信號218，則信號生成器210改變信號220並且控制器102將調製信號178從邏輯高電平變為邏輯低電平以斷開(例如，關斷)電源開關152。當電源開關152斷開(例如，關斷)時，包括初級繞組162和次級繞組164的變壓器開始退磁過程。

比較器202接收電壓信號186和閾值信號222以檢測退磁過程 是否完成。如果確定退磁過程完成，則比較器202輸出信號224以將調製信號178變為邏輯高電平。在TRIAC調光器118的關斷時段期間，邏輯控制元件206輸出信號230以閉合(例如，接通)電源開關132(例如，M1)，以提供用於TRIAC調光器118的正常操作的維持電流。

綜合以上的描述以及第1圖和第2圖可知，使用TRIAC調光器的傳統LED照明系統的調光控制的基本原理為：TRIAC調光器118在一定角度範圍內對來自AC供應元件122的AC輸入信號121進行開關調節，使得電壓信號174(V_bulk)的大小在TRIAC調光器118的接通時段期間等於AC輸入信號121，並且在TRIAC調光器118的關斷時段期間為0電平。控制器102通過來自端子106的電壓信號179來檢測TRIAC調光器118的狀態，並根據電壓信號179生成對應的調光信號228，以對包含比較器204和開關205的誤差放大器進行控制，從而調節照明系統100的輸出電流，實現對LED的亮度調整。另外，為了維持TRIAC調光器118在關斷狀態下仍能正常工作並防止因TRIAC調光器118工作異常帶來的LED閃爍，控制器102還生成將由端子104(例如，端子TRIAC)輸出的用於控制電源開關132的斷開和閉合的控制信號，以提供用於TRIAC調光器118的正常操作的維持電流。

具體地，第1圖所示的照明系統100的輸出平均電流(即，輸出到LED 172的電流)為：

其中，φ表示TRIAC調光器118的調光相位角，N表示變壓器U1的初級繞組162和次級繞組164的匝數比，V _{ref_ea}表示恒流調整元件214在對電流感測信號188進行處理時使用的參考電壓。

照明系統100具有一些缺點。例如，當TRIAC調光器118的調光相位角較低(例如，TRIAC調光器118的傳導時間小於TRIAC調光器118的操作時段的20%)或者當AC輸入電壓較高時，使用者可感覺到LED 172的閃爍。

因此，改善調光控制技術變得非常重要。

鑒於以上所述的問題，本發明提供了一種使用TRIAC調光器的調光控制系統和方法。僅僅作為示例，本發明已應用於驅動發光二極體(LED)的系統。但是將認識到，本發明具有更廣泛的應用範圍。

根據本發明的一個實施例的使用TRIAC調光器的調光控制系統，包括：一個或多個信號處理元件，被配置為接收與TRIAC調光器相關聯的第一信號，根據第一信號生成數位脈衝型的第二信號，並將第二信號發送給開關，以控制開關的閉合或斷開從而控制輸出到發光元件的電流。

根據本發明的另一個實施例的使用TRIAC調光器的調光控制系統，包括：一個或多個信號處理元件，被配置為接收與TRIAC調光器相關聯的第一信號，根據第一信號生成數位脈衝型的第三信號，根據第三信號對調光控制系統的原始參考電壓進行調節，以控制輸出到發光元件的電流。

根據本發明的一個實施例的使用TRIAC調光器的調光控制方法，包括：接收與TRIAC調光器相關聯的第一信號；根據第一信號生成數位脈衝型的第二信號；將第二信號發送給開關，以控制開關的閉合或斷開從而控制輸出到發光元件的電流。

根據本發明的另一個實施例的使用TRIAC調光器的調光控制方法，包括：接收與TRIAC調光器相關聯的第一信號；根據第一信號生成數位脈衝型的第三信號；根據第三信號對調光控制系統的原始參考電壓進行調節，以控制輸出到發光元件的電流。

取決於實施例，可以獲得一個或多個益處。參考下面的詳細描述和附圖可以全面地理解本發明的這些益處以及各個另外的目的、特徵和優點。

100‧‧‧照明系統

102,102-1,102-2‧‧‧控制器

104,106,108,110,112,114,116,120‧‧‧端子

118‧‧‧TRIAC調光器

121‧‧‧AC輸入信號

122‧‧‧AC供應元件

124‧‧‧全波整流橋

123,174,176,179,184,186‧‧‧電壓信號

126,136,140,150,170‧‧‧電容器

128,130,134,138,146,148,154,156‧‧‧電阻器

132,152‧‧‧電源開關

142,144,168‧‧‧二極體

162‧‧‧初級繞組

164‧‧‧次級繞組

166‧‧‧輔助繞組

172‧‧‧LED

178‧‧‧調製信號

180‧‧‧初級電流

182‧‧‧輔助電流

188‧‧‧電流感測信號

202,204‧‧‧比較器

205‧‧‧開關

206‧‧‧邏輯控制元件

208‧‧‧柵極驅動元件

210‧‧‧信號生成器

212‧‧‧乘法器

214‧‧‧恒流調整元件

216‧‧‧經處理信號

218‧‧‧輸出信號

220,224,230‧‧‧信號

222,226‧‧‧閾值信號

228,228-1‧‧‧調光信號

301‧‧‧數位信號處理元件

S602,S604,S606,S608-1,S608-2,S610‧‧‧執行步驟

801‧‧‧參考電壓調製元件

802‧‧‧控制信號

U1‧‧‧變壓器

V_{ref_ea}‧‧‧參考電壓

V_ref0‧‧‧原始參考電壓

Phase‧‧‧數位脈衝信號

OP1‧‧‧運算放大器

K1‧‧‧類比二選一開關

C1‧‧‧電容

第1圖是示出使用TRIAC調光器的傳統LED照明系統的簡化示圖。

第2圖是第1圖所示的控制器的簡化傳統示圖。

第3圖示出了根據本發明實施例的用於第1圖所示的照明系統的控制器。

第4圖示出了電壓信號的理想波形與實際波形的對比。

第5圖示出了由數位信號處理元件實現的用於獲取穩定的輸出電流的方法的原理圖。

第6圖示出了由數位信號處理元件實現的用於獲取穩定的輸出電流的方法的流程圖。

第7圖示出了在第1圖和第2圖所示的傳統TRIAC調光方案中TRIAC調光器的調光相位角與輸出到LED的電流的關係。

第8圖示出了根據本發明實施例的既包括數位信號處理元件又包括參考電壓調製元件的控制器。

第9圖示出了根據本發明實施例的控制器採用TRIAC調光器的調光相位角控制輸出到LED的電流的原理圖。

第10圖示出了根據本發明實施例的控制器採用TRIAC調光器的調光相位角精確控制恒流調整元件使用的參考電壓的原理圖。

第11圖示出了電壓控制信號的占空比與參考電壓之間的對應關係。

第12圖示出了參考電壓調製元件的示例性電路圖。

第13圖示出了LED的亮度和輸出到LED的電流之間的關係。

第14圖示出了一種解決使用以上所述的調光控制系統和方法進行調光的過程中亮度變化不均勻的方法。

本發明涉及積體電路，更具體地涉及使用TRIAC調光器的調光控制系統和方法。僅僅作為示例，本發明已應用於驅動發光二極體(LED)的系統。但是將認識到，本發明具有更廣泛的應用範圍。

鑒於以上所述的使用TRIAC調光器的傳統LED照明系統存在的缺陷，本發明提供了一種新穎的使用TRIAC調光器的調光控制系統和方法。為了方便，下面將繼續結合第1圖所示的照明系統100對根據本發明實施例的使用TRIAC調光器的調光控制系統和方法進行說明。但是，本領域技術人員應該理解，根據本發明實施例的使用TRIAC調光器的調光控制系統和方法不是僅可以應用於第1圖所示的照明系統100，而是具有更廣泛的應用範圍。

第3圖示出了根據本發明實施例的用於第1圖所示的照明系統100的控制器102-1。需要說明的是，控制器102-1與第1圖所示的照明系統100中的除控制器102和LED 172以外的部分組成了根據本發明實施例的使用TRIAC調光器的調光控制系統。如第3圖所示，根據本發明實施例的控制器102-1用數位信號處理元件301代替比較器204並且將數位信號處理元件301輸出的調光信號228-1引導至邏輯控制元件206，以實現對控制器102-1的端子116(例如，端子GATE)和端子104(例如，端子TRIAC)的輸出電壓的調節從而實現LED的無閃爍工作。

具體地，如第3圖所示，根據本發明實施例的控制器102-1包括比較器202、數位信號處理元件301、開關205、邏輯控制元件206、柵極驅動元件208、信號生成器210(例如，PWM信號生成器)、乘法器212以及包含誤差放大器和電流檢測單元的恒流調整元件214。例如，PWM信號生成器被配置為生成一個或多個脈寬調製信號。在另一示例中，PWM信號生成器包括比較器。

如第1圖和第3圖所示，數位信號處理元件301在端子106(例如，端子VS)接收電壓信號179以檢測TRIAC調光器118的狀態，並輸出調光信號228-1。開關205回應於調光信號228-1而閉合或斷開以影響輸出電流從而調節LED 172的亮度(例如，線性或非線性地調節作為輸出電流的函數的LED 172的亮度)。恒流調整元件214在端子120(例如，端子CS)接收電流感測信號188以檢測初級電流180的峰值，並且在與變壓器(包括初級繞組162和次級繞組164)相關聯的退磁時段中對初級電流180的峰值積分。乘法器212接收來自恒流調整元件214的經處理信號216和來自端子106(例如，端子VS)的電壓信號179，並生成輸出信號218。

信號生成器210接收電流感測信號188和輸出信號218並生成信號220。在操作週期期間，如果調製信號178為邏輯高電平並且電源開關152閉合(例如，接通)，則流經電源開關152的初級電流180的大小增大。作為回應，電流感測信號188的大小增大。如果電流感測信號188的大小變得大於輸出信號218，則信號生成器210改變信號220並且控制器102將調製信號178從邏輯高電平變為邏輯低電平以斷開(例如，關斷)電源開關152。當電源開關152斷開(例如，關斷)時，包括初級繞組162和次級繞組164的變壓器開始退磁過程。

比較器202接收電壓信號186和閾值信號222以檢測退磁過程是否完成。如果確定退磁過程完成，則比較器202輸出信號224以將調製信號178變為邏輯高電平。在TRIAC調光器118的關斷時段期間，邏輯控制元件206輸出信號230以閉合(例如，接通)電源開關132(例如，M1)，以提供用於TRIAC調光器118的正常操作的維持電流。

進一步地，在第3圖所示的控制器102-1中，數位信號處理元件301對在端子106(例如，端子VS)接收的電壓信號179進行類比/數位轉換，生成與電壓信號179的相位角相對應的數位脈衝信號，然後根據該數位脈衝信號生成數位脈衝型的調光信號228-1。調光信號228-1被引導至開關 205和邏輯控制元件206。開關205回應於調光信號228-1而閉合或斷開，以產生穩定的輸出電流從而調節LED 172的亮度。邏輯控制元件206根據與接收自比較器202的信號224、接收自信號生成器210的信號220、以及接收自數位信號處理元件301的調光信號228-1，生成信號230以控制電源開關132(例如，M1)的閉合(例如，接通)和斷開(例如，關斷)，並且相應地控制柵極驅動元件208生成邏輯高電平或邏輯低電平的調製信號178。

由於電壓信號179是由包括電阻器130(例如，R₂)和電阻器134(例如，R₄)的分壓器電路至少基於電壓信號174(例如，V_bulk)生成的，所以電壓信號179具有與電壓信號174相同的週期特性。另外，由於電壓信號174(例如，V_bulk)是通過處理由TRIAC調光器118處理來自AC供應元件122的AC輸入信號121生成的，所以電壓信號174的相位角與TRIAC調光器118的調光相位角是一致的。下面就電壓信號179的相位角對LED 172的亮度的影響(即，電壓信號174的相位角對LED 172的亮度的影響)進行說明。

第4圖示出了電壓信號174(例如，V_bulk)的理想波形與實際波形的對比。在第4圖中，V_bulk1表示電壓信號174的理想波形，V_bulk2表示電壓信號174的實際波形，V_ac表示來自AC供應元件122的AC輸入信號121的波形，V_TRIAC表示TRIAC調光器118通過處理AC輸入信號121生成的電壓信號123的波形。

理論上，在TRIAC調光器118的接通時段期間，電壓信號174(例如，V_bulk)的電壓波形是完全相同的(V_bulk1示出了電壓信號174的理想波形)。但是在實際應用中，由於TRIAC調光器118本身的特性使得對AC輸入信號121的正負電平的處理存在一定程度的差異，導致AC輸入信號121經全波整流橋124整流後生成的電壓信號174在不同週期中的實際波形存在一定程度的差異(V_bulk2示出了電壓信號174的實際波形)。這種V_bulk2電壓波形的差異最終將導致輸出到LED 172的電流存在較大差異，從而產生人眼能夠感知的LED閃爍現象。由於LED 172的亮度主要由輸出到LED的電流決定， 所以當TRIAC調光器118的導通角度(即，調光相位角)較大時會導致輸出到LED的電流的週期性差異大，從而使得人眼感知到LED發生閃爍。也就是說，因TRIAC調光器118的自身特性導致的電壓信號174的波形不均勻或者大小波現象是引起輸出到LED的電流不穩定，最終產生LED閃爍的主要原因。

鑒於結合第4圖分析的產生LED閃爍的原因，提出了根據本發明實施例的用於第1圖所示的照明系統100的控制器102-1。如第3圖所示，在一個實施例中，通過將數位信號處理元件301根據電壓信號179生成的數位脈衝型的調光信號228-1引導至邏輯控制元件206，來生成提供給控制器102的端子116(例如，端子GATE)和端子104(例如，端子TRIAC)的近似均勻的電壓信號，從而為LED 172提供穩定的電流。

具體地，第5圖示出了由數位信號處理元件301實現的用於獲取穩定的輸出電流(即，輸出到LED 172的電流)的方法的原理圖。在第5圖中，V_bulk表示電壓信號174的實際波形(其也反映了電壓信號179的實際波形)，Phase表示數位信號處理元件301根據電壓信號179生成的與電壓信號179的相位角相對應的數位脈衝信號的波形，DIM表示數位信號處理元件301根據電壓信號179對數位脈衝信號Phase進行調製生成的數位脈衝型的調光信號228-1的波形，TRIAC表示邏輯控制元件206根據與信號224、信號220、以及調光信號228-1生成的將從控制器102-1的端子104(例如，端子TRIAC)輸出的信號230的波形。需要說明的是，因為電壓信號179是由包括電阻器130(例如，R₂)和電阻器134(例如，R₄)的分壓器電路至少基於電壓信號174(例如，V_bulk)生成的，因而電壓信號179具有與電壓信號174相同的波形。

第6圖示出了由數位信號處理元件301實現的用於獲取穩定的輸出電流的方法的流程圖。下面結合第5圖和第6圖，對數位信號處理元件301的具體處理進行說明。如第6圖所示，控制器102-1中的數位信號處理 元件301進行以下處理：將從端子106(例如，端子VS)輸入的電壓信號179進行類比/數位轉換，生成與電壓信號179的相位角相對應的數位脈衝信號Phase並記錄電壓信號179的每個週期的相位角Φn(即，執行步驟S602)；對電壓信號179的連續4個週期的相位角(例如，Φn-3，Φn-2，Φn-1，Φn)進行比較並選擇出其中最小的相位角Φn_min(即，執行步驟S604)；將選擇出的最小的相位角Φn_min與該連續4個週期之後的下一個週期的相位角Φn+1進行比較(即，執行步驟S606)；如果Φn+1比Φn_min大，則利用表徵Φn_min的資訊對數位脈衝信號Phase進行調製以生成表徵Φn_min的調光信號228-1(即，僅使用電壓信號179的一個週期中的Φn_min相位角的部分進行調光控制，而該週期內的其餘部分不參與調光控制)(即，執行步驟S608-1)；如果Φn+1比Φn_min小，則利用表徵Φn+1的資訊對數位脈衝信號Phase進行調製以生成表徵Φn+1的調光信號228-1(電壓信號179的第n+1個週期被全部用於調光控制)(即，執行步驟S608-2)。

在一個實施例中，數位信號處理元件301可以利用一個長度為4的先進先出(FIFO)佇列來完成以上所述的步驟S602至S608-1/2(即，執行步驟S610)，直到控制器關機為止。具體地，對於電壓信號179，數位信號處理元件301每4個連續週期進行一次相位角大小比較並產生Φn_min，並且在接下來的第5週期進入FIFO同時前面的第1個週期離開FIFO後，對進來的第5個週期和前面的第2-4個週期組成的新的4個連續週期進行判斷處理，這一過程隨時間(週期)增加不斷進行，直到系統關機結束。需要說明的是，對4個連續週期的相位角大小進行比較只是說明性的，在具體應用中可以根據實際需要對連續2個、3個、5個、或者更多個連續週期的相位角進行比較，以進行後續處理。

也就是說，在結合第5圖和第6圖描述的由數位信號處理元件301實現的用於獲取穩定的輸出電流的方法中，通過依次找出電壓信號179的多個連續週期中的最小相位角來生成不同週期的相位角之間的差異非常 小的調光信號228-1，從而獲取基本穩定的輸出到LED的電流。這是因為，在調光信號228-1的不同週期的相位角之間的差異非常小的情況下，輸出到LED的電流之間的差異將變得非常小，從而使得LED不會產生人眼能夠感知的閃爍現象。

在採用第1圖和第2圖所示的傳統TRIAC調光方案時，由於輸出到LED 172的電流滿足等式1，所以當TRIAC調光器118的調光相位角φ足夠小時，由於通過對TRIAC調光器118處理AC輸入信號121生成的電壓信號123進行整流處理而生成的電壓信號174(例如，V_bulk)的電壓過低，將導致第1圖和第2圖所示的照明系統100無法維持對LED 172的正常的恒流控制，使得輸出到LED 172的電流的最低大小受到限制。如第7圖所示，在TRIAC調光器118的調光相位角φ小於φ0後，輸出到LED的電流迅速變化，導致照明系統100的調光解析度低。

為了實現對於LED 172的亮度的高解析度的調節，根據本發明實施例的使用TRIAC調光器的調光控制系統可以進一步在控制器102-1中包括參考電壓調製元件801。第8圖示出了根據本發明實施例的既包括數位信號處理元件301又包括參考電壓調製元件801的控制器102-2。在第8圖所示的控制器102-2中，將在TRIAC調光器118的調光相位角φ小到仍然可以維持輸出到LED 172的穩定電流的φ0之前，根據TRIAC調光器118的調光相位角φ對輸出到LED 172的電流進行調節以將其降低到足夠小，以實現高解析度的調光控制(原理如第9圖所示)。

從以上的等式1可知，恒流調整元件214在對電流感測信號188進行處理時使用的輸入到誤差放大器的參考電壓V_{ref_ea}能夠影響輸出到LED 172的電流。因此，根據本發明實施例的控制器102-2將通過根據TRIAC調光器118的調光相位角φ調節參考電壓V_{ref_ea}的大小來實現高解析度的調光控制。如第8圖所示，參考電壓調製元件801被連接在數位信號處理元件301和恒流調整元件214之間。具體地，參考電壓調製元件801從數位信號處 理元件301接收控制信號802(例如，Ctrl)，並根據控制信號802生成輸入到恒流調整元件214中的誤差放大器的參考電壓V_{ref_ea}。

第10圖示出了控制器102-2採用TRIAC調光器118的調光相位角φ精確控制輸入到恒流調整元件214中的誤差放大器的參考電壓V_{ref_ea}的原理圖。如第10圖所示，V_ref0是TRIAC調光器118的調光相位角Φ最大時輸入到恒流調整元件214中的誤差放大器的參考電壓(下面也將其稱為原始參考電壓，對於一個固定的調光系統而言，該電壓是預定的)；隨著Φ降低，參考電壓V_ref-ea也相應減小，並在Φ降低至維持輸出到LED 172的穩定電流所需的最小角度Φ0前降低至0。由於在TRIAC調光器118的調光相位角Φ處於較高水準時輸出到LED 172的電流能夠保持LED 172正常工作而不會產生閃爍，所以這一階段也可以不對參考電壓V_{ref_ea}進行調節。

具體地，在第8圖所示的控制器102-2中，數位信號處理元件301採用脈衝寬度調製(PWM)方法(即，通過數位信號占空比)來精確控制參考電壓V_{ref_ea}的大小。也就是說，數位信號處理元件301根據通過電壓信號179檢測到的TRAIC調光器118的調光相位角Φ的大小，輸出一定占空比(duty)的高頻數位信號(例如，第8圖中的Ctrl，即上面提到的控制信號802)；參考電壓調製元件801根據來自數位信號處理元件301的控制信號802和原始參考電壓V_ref0，生成輸入到恒流調整元件214中的誤差放大器的參考電壓V_{ref_ea}。這樣，即可實現控制信號802的占空比與輸入到恒流調整元件214中的誤差放大器的參考電壓V_ref-ea大小的對應。第11圖示出了控制信號802的占空比與參考電壓V_ref-ea之間的對應關係。如第11圖所示，控制信號802(例如，Ctrl)的占空比完全表徵TRIAC調光器118的調光相位角Φ的大小。

第12圖示出了參考電壓調製元件801的示例性電路圖。如第12圖所示，參考電壓調製元件801包括運算放大器OP1、類比二選一開關K1和電容C1，其中原始參考電壓V_ref0經過運算放大器OP1接成的緩衝器輸出到類比二選一開關K1的一端，類比二選一開關K1的另一輸入端接地，類比二 選一開關K1的輸出端接電容C1，電容C1的電壓就是V_{ref_ea}(電容C1的電壓被引導至恒流調整元件214中的誤差放大器的輸入端)，類比二選一開關K1的控制信號是來自數位信號處理元件301的電壓控制信號802(例如，Ctrl)。數位脈衝型的電壓控制信號802控制類比二選一開關K1的輸入信號選通。具體地，當Ctrl為邏輯1時，類比二選一開關K1選通運算放大器OP1輸出，即V_ref0；當Ctrl為邏輯0時，類比二選一開關K1選通地，即0V。經過電容C1濾波後，電容C1的平均電壓V_{ref_ea}可以用等式2表達。

V _{ref_ea}=Duty×V _ref0 (等式2)

另外，雖然LED的亮度主要由輸出到LED的電流決定，但是輸出到LED電流與LED亮度之間並非線形關係。如第13圖所示，LED的亮度和輸出到LED的電流之間的關係是，當輸出到LED的電流較小時LED的亮度變化快，並且當輸出到LED的電流較大時LED的亮度變化慢。所以，在使用以上結合第1圖、第3圖、第8圖描述的使用TRIAC調光器的調光控制系統和方法進行調光的過程中，會出現LED亮度不是均勻變化的問題。第14圖示出了一種解決使用以上所述的調光控制系統和方法進行調光的過程中亮度變化不均勻的方法。具體地，數位信號處理元件301可以在根據TRIAC調光器118的調光相位角Φ生成控制信號802(例如，Ctrl)時，使調光相位角Φ與控制信號802之間產生非線性關係進而使調光相位角Φ與參考電壓V_ref-ea之間產生非線性關係，來使得參考電壓V_ref-ea或輸出到LED的電流變化也出現這種非線性，用於補償LED電流與亮度間的非線性關係，達到第14圖中虛線的效果。

控制器102-2中的數位信號處理元件301的其他處理、控制器102-2中的數位信號處理元件301和參考電壓調製元件801以外的其他元件的處理與以上參考第1圖和第3圖描述的相同。所以，為了不必要地混淆本發明，這裡不再累述。另外，本領域技術人員應該明白，以上所述的對輸出到LED 172的電流的高解析度的調節處理也可以獨立於實現LED 172的無閃 爍工作的處理而被單獨執行，這並不會影響到控制器中其他元件的工作。

本發明各個實施例中的一些或所有元件單獨地和/或與至少另一元件相組合地是利用一個或多個軟體元件、一個或多個硬體元件和/或軟體與硬體元件的一種或多種組合來實現的。在另一示例中，本發明各個實施例中的一些或所有元件單獨地和/或與至少另一元件相組合地在一個或多個電路中實現，例如在一個或多個類比電路和/或一個或多個數位電路中實現。在又一示例中，本發明的各個實施例和/或示例可以相組合。

雖然已描述了本發明的具體實施例，然而本領域技術人員將明白，還存在於所述實施例等同的其它實施例。因此，將明白，本發明不受所示具體實施例的限制，而是僅由申請專利範圍的範圍來限定。

102-1‧‧‧控制器

104,106,108,110,112,114,116,120‧‧‧端子

179,186‧‧‧電壓信號

178‧‧‧調製信號

188‧‧‧電流感測信號

202‧‧‧比較器

205‧‧‧開關

206‧‧‧邏輯控制元件

208‧‧‧柵極驅動元件

210‧‧‧信號生成器

212‧‧‧乘法器

214‧‧‧恒流調整元件

216‧‧‧經處理信號

218‧‧‧輸出信號

220,224,230‧‧‧信號

222‧‧‧閾值信號

228-1‧‧‧調光信號

301‧‧‧數位信號處理元件

V_{ref_ea}‧‧‧參考電壓

Claims (14)

1. 一種使用TRIAC調光器的調光控制系統，包括：一個或多個信號處理元件，被配置為接收與TRIAC調光器相關聯的第一信號，根據所述第一信號生成數位脈衝型的第二信號，並將所述第二信號發送給開關，以控制所述開關的閉合或斷開從而控制輸出到發光元件的電流。
2. 如申請專利範圍第1項所述之調光控制系統，其中，所述一個或多個信號處理元件還被配置為：根據所述第一信號生成數位脈衝型的第三信號，根據所述第三信號對所述調光控制系統的原始參考電壓進行調節，以控制輸出到所述發光元件的電流。
3. 如申請專利範圍第1項所述之調光控制系統，其中，所述一個或多個信號處理元件進一步被配置為：對所述第一信號進行類比/數位轉換，生成與所述第一信號的相位角相對應的數位脈衝型的第四信號；以所述第一信號的兩個或兩個以上連續週期為單位，找出所述第一信號在每個單位中的最小相位角；利用所找出的每個單位中的最小相位角對所述第四信號進行調製，生成所述第二信號。
4. 如申請專利範圍第2項所述之調光控制系統，其中，所述一個或多個信號處理元件進一步被配置為：根據所述第一信號的相位角資訊，生成占空比與所述第一信號的相位角之間存在預定關係的所述第三信號；根據所述第三信號的占空比資訊對所述調光控制系統的所述原始參考電壓進行調節。
5. 如申請專利範圍第4項所述之調光控制系統，其中，所述第三信號的占 空比與所述第一信號的相位角之間存在非線性關係。
6. 如申請專利範圍第3或4項所述之調光控制系統，其中，所述一個或多個信號處理元件包括數位信號處理元件，其中，生成所述第二信號和所述第三信號的處理由所述數位信號處理元件執行。
7. 如申請專利範圍第6項所述之調光控制系統，其中，所述一個或多個信號處理元件包括參考電壓調製元件，其中，根據與所述第三信號相關聯的占空比資訊對所述調光控制系統的所述原始參考電壓進行調節的處理由所述參考電壓調製元件執行。
8. 一種使用TRIAC調光器的調光控制系統，包括：一個或多個信號處理元件，被配置為接收與TRIAC調光器相關聯的第一信號，根據所述第一信號生成數位脈衝型的第三信號，根據所述第三信號對所述調光控制系統的原始參考電壓進行調節，以控制輸出到發光元件的電流。
9. 一種使用TRIAC調光器的調光控制方法，包括：接收與TRIAC調光器相關聯的第一信號；根據所述第一信號生成數位脈衝型的第二信號；將所述第二信號發送給開關，以控制所述開關的閉合或斷開從而控制輸出到發光元件的電流。
10. 如申請專利範圍第9項所述之調光控制方法，還包括：根據所述第一信號生成數位脈衝型的第三信號；根據所述第三信號對調光控制系統的原始參考電壓進行調節，以控制輸出到所述發光元件的電流。
11. 如申請專利範圍第9項所述之調光控制方法，其中，生成所述第二信號的處理包括：對所述第一信號進行類比/數位轉換，生成與所述第一信號的相位角相對應的數位脈衝型的第四信號； 以所述第一信號的兩個或兩個以上連續週期為單位，找出所述第一信號在每個單位中的最小相位角；利用所找出的每個單位中的最小相位角對所述第四信號進行調製，生成所述第二信號。
12. 如申請專利範圍第10項所述之調光控制方法，其中，根據與所述第一信號相關聯的相位角資訊，生成占空比與所述第一信號的相位角之間存在預定關係的所述第三信號；並且根據與所述第三信號相關聯的占空比資訊對所述調光控制系統的所述原始參考電壓進行調節。
13. 如申請專利範圍第12項所述之調光控制方法，其中，所述第三信號的占空比與所述第一信號的相位角之間存在非線性關係。
14. 一種使用TRIAC調光器的調光控制方法，包括：接收與TRIAC調光器相關聯的第一信號；根據所述第一信號生成數位脈衝型的第三信號；根據所述第三信號對調光控制系統的原始參考電壓進行調節，以控制輸出到發光元件的電流。