TWI498871B - Hybrid dimming circuit and its mixed dimming method - Google Patents

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Description

混合調光電路及其混合調光方法
本發明涉及一種應用於驅動燈負載的調光電路，具體的說更涉及一種矽控的混合調光電路及其混合調光方法。
LED是一種固態電光源，是一種半導體照明裝置，其電學特性具有很強的離散型。它具有體積小，機械強度大，功耗低，壽命長，便於調節控制及無污染等特徵，是一種有極大發展前景的新型光源產品。LED調光方法的實現方法分為類比調光和數位調光。
其中，類比調光透過改變LED回路中電流的大小來實現對LED亮度的調節，但是從圖1所示的類比調光電路的調光曲線可以看出，類比調光在可調節的電流範圍內，可調檔位受到限制；當矽控整流元件的導通角度θ減小時，其輸出端電流Iout 下降過快將導致在低導通角度時的輸入電流降低，在功率較小時，會導致三端雙向矽控提前關斷，並影響其下一周期的導通時間，造成輸出電流突變，LED燈閃爍；同時，對類比調光而言，比較器是不可或缺的裝置之一，由於比較器自身固有的回差特性，因此無法獲得一個較小的調光比例。
數位調光即PWM調光透過改變高低位準的占空比來任意改變LED的開啟時間，從而使得亮度可調節的檔位增多。在PWM調光中，LED正向電流以減少的占空比在 0%至100%間轉換，以進行亮度控制。然而，PWM調光信號的頻率必須大於100Hz，以免出現閃爍或抖動。圖2所示的PWM調光電路的調光曲線可以看出，當矽控整流元件的導通角度θ減小，所述PWM控制信號的占空比也隨之減小時，其輸出端電流Iout 下降緩慢，導致在調光角度較小時，如導通角度小於15%時，由於輸入功率依然較高，輸入電流迅速變大，導致控制器開環，無法控制輸入電流的大小；同時，由於輸入電流的不斷變大，輸入電容無法起到緩衝的效果，導致輸入電容產生震蕩。
有鑒於此，本發明的目的在於提供一種混合調光方法及其混合調光電路，其在PWM調光模式的基礎上，在一定的導通角度範圍內，加入了類比調光模式，優化了其調光曲線，使LED驅動電路的輸出電流上升比較緩慢，避免了PWM調光方案起始端輸入電流不斷上升導致的問題。
依據本發明的一較佳實施例的一種混合調光方法，用以驅動一燈負載，包括以下步驟：接收外部正弦交流電源，並將其轉換為一缺相的直流電壓信號；接收所述缺相的直流電壓信號，檢測其導通角度，並相應的產生代表所述導通角度的第一控制信號；根據所述第一控制信號產生一類比調光信號； 根據所述類比調光信號以及負載的輸出回饋信號產生一PWM調光信號；當所述缺相的直流電壓信號的導通角度大於一閾值角度時，採用PWM調光方法對所述燈負載的亮度進行調節；當所述缺相的直流電壓信號的導通角度小於所述閾值角度時，利用PWM調光方法和類比調光方法共同對所述燈負載的亮度進行調節；且當所述第一控制信號為無效狀態時，PWM調光電路不工作，當所述第一控制信號為有效狀態時，所述PWM調光電路開始工作，以對所述燈負載進行調光。
進一步的，所述類比調光方法包括：當所述缺相的直流電壓信號的導通角度大於所述閾值角度時，控制所述類比調光信號為一預設值；當所述缺相的直流電壓信號的導通角度小於所述閾值角度時，控制所述類比調光信號為一變數。
較佳的，所述閾值角度為90度。
依據本發明的一較佳實施例的一種混合調光電路，其接收一交流電源，經過矽控整流電路以及橋式整流處理後得到一缺相的直流電壓信號，根據所述缺相的直流電壓信號的導通角度控制功率級電路的工作狀態，以在主電路的輸出端產生一定的輸出電壓和輸出電流來驅動一燈負載，包括：一導通角度檢測電路，用以接收所述缺相的直流電壓 信號，並產生一代表其導通角度的第一控制信號；一類比調光電路，與所述導通角度檢測電路連接，用以接收所述第一控制信號，並輸出一類比調光信號；當所述導通角度大於一閾值角度時，所述類比調光信號為一預設值；當所述導通角度小於所述閾值角度時，所述類比調光信號為一變數；一PWM調光電路，與所述類比調光電路連接，用以接收所述類比調光信號，並輸出一PWM控制信號用以控制功率級電路的工作狀態；且當所述第一控制信號為無效狀態時，所述PWM調光電路不工作，當所述第一控制信號為有效狀態時，所述PWM調光電路開始工作，以對所述燈負載進行調光。
進一步的，所述導通角度檢測電路包括：第一電阻、第二電阻，第一電晶體和第二電晶體；其中，所述第一電阻和第二電阻串聯連接後，一端連接至地，另一端接收所述缺相的直流電壓信號，其公共連接點連接至所述第一電晶體的控制端；所述第一電晶體的第一端連接至所述第二電晶體的控制端，其公共連接點連接至一外加電源；所述第一電晶體和第二電晶體的第二端均接地，所述第二電晶體的第一端透過一電阻接收所述缺相的直流電壓信號；所述第二電晶體第一端的電壓作為所述第一控制信號。
進一步的，所述類比調光電路包括：均值電路，對所述第一控制信號進行均值處理以獲得 一代表所述導通角度的均值信號；所述導通角度為所述閾值角度時對應的均值信號為基準信號；比較和箝位電路，將所述基準信號與所述均值信號比較，當所述均值信號大於所述基準信號時，對所述均值信號進行箝位，其輸出的所述類比調光信號為所述預設值，當所述均值信號小於所述基準信號時，其輸出的所述類比調光信號隨所述均值信號的減小而減小，以控制所述燈負載的亮度隨之減小。
進一步的，所述PWM調光電路包括：比較電路，用以比較所述類比調光信號和代表所述燈負載的電流信號，並輸出一回饋控制信號；PWM信號產生電路，接收所述回饋控制信號以輸出所述PWM控制信號。
較佳的，所述閾值角度為90度。
以下結合附圖對本發明的幾個較佳實施例進行詳細描述，但本發明並不僅僅限於這些實施例。本發明涵蓋任何在本發明的精髓和範圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公衆對本發明有徹底的瞭解，在以下本發明較佳實施例中詳細說明了具體的細節，而對本領域技術人員來說沒有這些細節的描述也可以完全理解本發明。
以下結合具體實施例詳細說明依據本發明的混合調光方法。
結合圖3所示的依據本發明的一較佳實施例的混合調光方法的流程圖來詳細說明本發明。在該實施例中混合調光方法包括以下步驟：S301：接收外部正弦交流電源，並將其轉換為一缺相的直流電壓信號；S302：接收所述缺相的直流電壓信號，檢測其導通角度，並相應的產生代表所述導通角度的第一控制信號；S303：根據所述第一控制信號產生一類比調光信號；S304：根據所述類比調光信號以及負載的輸出回饋信號產生一PWM調光信號；S305：當所述缺相的直流電壓信號的導通角度大於一閾值角度時，採用PWM調光方法對所述燈負載的亮度進行調節；S306：當所述缺相的直流電壓信號的導通角度小於所述閾值角度時，利用PWM調光方法和類比調光方法共同對所述燈負載的亮度進行調節；S307：當所述第一控制信號為無效狀態時，PWM調光電路不工作；S308：當所述第一控制信號為有效狀態時，所述PWM調光電路開始工作，以對所述燈負載進行調光。
其中，所述類比調光方法進一步包括：當所述缺相的直流電壓信號的導通角度大於所述閾值角度時，控制所述類比調光信號為一預設值；當所述缺相的直流電壓信號的導通角度小於所述閾值角度時，控制所述類比調光信號為 一變數。
在本實施例中，所述閾值角度較佳為90度。
參考圖4，所示為依據本發明的混合調光電路的第一實施例的原理框圖；其接收一交流電源，經過矽控整流電路輸出一缺相的交流電源信號V acin ，再經過橋式整流將其轉換為一缺相的直流電壓信號V dcin ，根據所述缺相的直流電壓信號V dcin 的導通角度控制功率級電路的工作狀態，以在主電路的輸出端產生一定的輸出電壓和輸出電流來驅動一燈負載，所述混合調光電路包括：導通角度檢測電路401，用以接收所述缺相的直流電壓信號V dcin ，並產生一代表其導通角度的第一控制信號V ctrl ；類比調光電路402，與所述導通角度檢測電路401連接，用以接收所述第一控制信號V ctrl ，當所述導通角度大於一閾值角度時，其輸出的類比調光信號I ref 為一預設值；當所述導通角度小於所述閾值角度時，其輸出的所述類比調光信號I ref 為一變數。
PWM調光電路403，與所述類比調光電路402連接，用以接收所述類比調光信號I ref ，並輸出一PWM控制信號用以控制功率級電路的工作狀態；且當所述第一控制信號V ctrl 為無效狀態時，所述PWM調光電路403不工作，當所述第一控制信號V ctrl 為有效狀態時，所述PWM調光電路403開始工作，以對所述燈負載進行調光。
圖5所示的依據本發明的混合調光電路的第二實施例 ，其具體描述了圖4所示實施例中各電路的具體實現方式。在本實施例中，所述其中所述閾值角度較佳為90度。
所述導通角度檢測電路501包括：第一電阻R 1 、第二電阻R 2 ，第一電晶體Q1和第二電晶體Q2；其中，所述第一電阻R 1 和第二電阻R 2 串聯連接後，一端連接至地，另一端接收所述缺相的直流電壓信號V dcin ，其公共連接點連接至所述第一電晶體Q1的控制端；所述第一電晶體Q1的第一端連接至所述第二電晶體Q2的控制端，其公共連接點連接至一外加電源V DD ；所述第一電晶體Q1和第二電晶體Q2的第二端均接地，所述第二電晶體Q2的第一端透過一電阻R 3 接收所述缺相的直流電壓信號V dcin ；所述第二電晶體Q1的第一端的電壓作為所述第一控制信號V ctrl 。其中所述導通角度檢測電路的工作波形圖如圖6所示。
其中所述第一電阻R 1 與第二電阻R 2 對所述缺相的直流電壓信號V dcin 進行分壓，圖中A點處的電壓為，所述導通角度的起始相角度對應的輸入電壓值 與的乘積作為所述第一電晶體Q1的導通閾值，在起始導通相角度時刻，所述第一電晶體Q1導通，從而將所述第二電晶體Q2的控制端的電壓拉低，導致所述第二電晶體Q2關斷，所述第一控制信號V ctrl 變為高位準。在截止相角度時刻，所述第一電晶體Q1關斷，所述第二電晶體Q2控制端的電壓為所述外加電源V DD ，從而所述第二電晶體Q2導通，此時所述第一控制信號V ctrl 變為低位準 。從圖中可以看出所述第一控制信號V ctrl 的脈寬對應於所述導通角度θ。另外，在實際應用中，由於輸出的所述第一控制信號V ctrl 高位準狀態時的電壓幅值較大，一般將其透過一整形電路以降低其幅值後輸出。
所述類比調光電路502包括均值電路504以及比較和箝位電路505，其中，所述均值電路504對所述第一控制信號V ctrl 進行均值處理以獲得一代表所述導通角度θ的均值信號V avg ；所述導通角度為所述90度時對應的均值信號為基準信號V a-ref ；所述比較和箝位電路505，將所述基準信號V a-ref 與所述均值信號V avg 比較，當所述均值信號V avg 大於所述基準值V a-ref 時，即所述導通角度θ大於閾值角度90度時，對所述均值信號V avg 進行箝位，其輸出的所述類比調光信號I ref 為所述預設值，當所述均值信號V avg 小於所述基準信號V a-ref 時，即所述導通角度θ小於閾值角度90度時，其輸出的所述類比調光信號I ref 隨所述均值信號V avg 的減小而減小，以控制所述燈負載的亮度隨之減小。其中所述均值電路504和所述比較和箝位電路505的具體實施方式可如圖7所示。其中所述均值電路對接收到的所述第一控制信號V ctrl 進行反相處理後，輸入至一推挽電路的上下電晶體的控制端，所述推挽電路連接至電壓源V sl 和地之間，所述推挽電路的輸出經過RC濾波電路濾波後得到所述均值信號V avg 。
所述比較和箝位電路接收所述均值信號V avg 並將其 輸入至比較器的反相輸入端，所述比較器的同相輸入端接收一三角波，所述三角波的幅值大小等於所述基準信號V a-ref ，利用比較器對將所述基準信號V a-ref 與所述均值信號V avg 進行比較和箝位，所述比較器的輸出經過一推挽電路的均值處理以後，再經過一RC濾波電路的濾波處理後，輸出所述類比調光信號I ref 。所述類比調光信號I ref 隨導通角度θ的變化曲線如圖8所示。
所述PWM調光電路503包括比較電路506和PWM信號產生電路507；所述比較電路506包括一比較器，其同相相輸入端接收所述類比調光信號I ref ，反相輸入端接收一代表所述燈負載的電流信號I out 的電流回饋信號I fb ，，所述比較電路506比較所述類比調光信號I ref 和所述電流回饋信號I fb ，並相應的輸出所述回饋控制信號V comp ，PWM信號產生電路，接收所述回饋控制信號V comp 以輸出所述PWM控制信號。當所述第一控制信號V ctrl 為無效狀態時，所述PWM調光電路503不工作，即所述功率級電路中的開關電晶體處於關斷狀態，而當所述第一控制信號V ctrl 為有效狀態時，所述PWM調光電路503開始工作，所述功率級電路中的開關電晶體的開關動作由所述PWM控制信號所控制，以對所述燈負載進行調光。
從圖5所示實施例可以看出，採用混合調光電路在輸入電壓一定的導通角度範圍內，採用PWM調光方法，根據所述代表導通角度的第一控制信號決定功率級電路的工 作與否，在導通角度小於一定的閾值角度後，加入類比調光，透過改變PWM調光電路中的比較電路的參考值以參與調光工作。圖5所示實施例中混合調光電路的調光曲線如圖9所示，由於採用了混合調光方法，相比與PWM調光曲線，在導通角度的起始範圍內，輸出電流Iout 上升比較緩慢，避免了PWM調光方案起始端輸入電流不斷上升導致的問題。
以上對依據本發明的較佳實施例的混合調光電路進行了詳盡描述，本領域普通技術人員據此可以推知其他技術或者結構以及電路佈局、元件等均可應用於所述實施例。
依照本發明的實施例如上文所述，這些實施例並沒有詳盡敍述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的實施例。顯然，根據以上描述，可作很多的修改和變化。本說明書選取並具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地利用本發明以及在本發明基礎上的修改使用。本發明僅受申請專利範圍及其全部範圍和等效物的限制。
S301~S308‧‧‧步驟
401‧‧‧導通角度檢測電路
402‧‧‧類比調光電路
403‧‧‧PWM調光電路
501‧‧‧導通角度檢測電路
502‧‧‧類比調光電路
503‧‧‧PWM調光電路
504‧‧‧均值電路
505‧‧‧比較和箝位電路
506‧‧‧比較電路
507‧‧‧PWM信號產生電路
圖1所示為PWM調光電路的調光曲線圖；圖2所示為類比調光電路的調光曲線圖；圖3所示為依據本發明的一較佳實施例的混合調光方法的流程圖；圖4所示為依據本發明的混合調光電路的第一實施例 的原理框圖；圖5所示為依據本發明的混合調光電路的第二實施例的原理框圖。
圖6所示為圖5中導通角度檢測電路的工作波形圖；圖7所示為圖5中均值電路、比較和箝位電路的原理框圖。
圖8所示為所述類比調光信號與導通角度θ的關係曲線；圖9所示為圖5所示的依據本發明的混合調光電路的調光曲線。
401‧‧‧導通角度檢測電路
402‧‧‧類比調光電路
403‧‧‧PWM調光電路

Claims (6)

  1. 一種混合調光方法，用以驅動一燈負載，包括：接收外部正弦交流電源，並將其轉換為一缺相的直流電壓信號；接收該缺相的直流電壓信號，檢測其導通角度，並相應的產生代表該導通角度的第一控制信號；根據該第一控制信號產生一類比調光信號；根據該類比調光信號以及負載的輸出回饋信號產生一PWM調光信號；當該缺相的直流電壓信號的導通角度大於一閾值角度時，採用PWM調光方法對該燈負載的亮度進行調節；當該缺相的直流電壓信號的導通角度小於該閾值角度時，利用PWM調光方法和類比調光方法共同對該燈負載的亮度進行調節；以及當該第一控制信號為無效狀態時，PWM調光電路不工作，當該第一控制信號為有效狀態時，該PWM調光電路開始工作，以對該燈負載進行調光，其中，該閾值角度為90度。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的混合調光方法，其中，該類比調光方法進一步包括：當該缺相的直流電壓信號的導通角度大於該閾值角度時，控制該類比調光信號為一預設值；當該缺相的直流電壓信號的導通角度小於該閾值角度時，控制該類比調光信號為一變數。
  3. 一種混合調光電路，其接收一交流電源，經過矽控 整流電路以及橋式整流處理後得到一缺相的直流電壓信號，根據該缺相的直流電壓信號的導通角度控制功率級電路的工作狀態，以在主電路的輸出端產生一定的輸出電壓和輸出電流來驅動一燈負載，其特徵在於，包括：一導通角度檢測電路，用以接收該缺相的直流電壓信號，並產生一代表其導通角度的第一控制信號；一類比調光電路，與該導通角度檢測電路連接，用以接收該第一控制信號，並輸出一類比調光信號；當該導通角度大於一閾值角度時，該類比調光信號為一預設值；當該導通角度小於該閾值角度時，該類比調光信號為一變數；一PWM調光電路，與該類比調光電路連接，用以接收該類比調光信號，並輸出一PWM控制信號用以控制功率級電路的工作狀態；且當該第一控制信號為無效狀態時，該PWM調光電路不工作，當該第一控制信號為有效狀態時，該PWM調光電路開始工作，以對該燈負載進行調光，其中，該閾值角度為90度。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述的混合調光電路，其中，該導通角度檢測電路包括：第一電阻、第二電阻，第一電晶體和第二電晶體；其中，該第一電阻和第二電阻串聯連接後，一端連接至地，另一端接收該缺相的直流電壓信號，其公共連接點連接至該第一電晶體的控制端；該第一電晶體的第一端連接至該 第二電晶體的控制端，其公共連接點連接至一外加電源；該第一電晶體和第二電晶體的第二端均接地，該第二電晶體的第一端透過一電阻接收該缺相的直流電壓信號；該第二電晶體第一端的電壓作為該第一控制信號。
  5. 根據申請專利範圍第3項所述的混合調光電路，其中，該類比調光電路包括：均值電路，對該第一控制信號進行均值處理以獲得一代表該導通角度的均值信號；該導通角度為該閾值角度時對應的均值信號為基準信號；比較和箝位電路，將該基準信號與該均值信號比較，當該均值信號大於該基準信號時，對該均值信號進行箝位，其輸出的該類比調光信號為該預設值，當該均值信號小於該基準信號時，其輸出的該類比調光信號隨該均值信號的減小而減小，以控制該燈負載的亮度隨之減小。
  6. 根據申請專利範圍第3項所述的混合調光電路，其中，該PWM調光電路包括：比較電路，用以比較該類比調光信號和代表該燈負載的電流信號，並輸出一回饋控制信號；PWM信號產生電路，接收該回饋控制信號以輸出該PWM控制信號。
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