TWI524814B - A system and method for LED TRIAC dimming adaptive control - Google Patents

Description

一種用於LED TRIAC調光自適應控制的系統和方法

本發明涉及一種照明系統，更具體地涉及用於照明系統的驅動電路。本發明更進一步涉及LED照明應用中TRIAC調光器的自適應調整判斷的系統和方法。

在可調光發光二極體(LED)應用中，為相容傳統的白熾燈，常常使用包括交流三極管(Triode for Alternating Current,TRIAC)的傳統調光器來調節LED的亮度，TRIAC調光器有一個重要參數，即維持電流(Holding Current)。當流過TRIAC的電流低於其維持電流，那麼TRIAC會反復開啟關斷，造成閃爍。因此必須在可調光LED照明應用中加入泄放電流(Bleeding)電路，確保不會發生閃爍現象。

第1圖示出傳統LED照明系統的框圖。例如，照明系統100包括驅動電路以及一個或多個LED 110，驅動電路包括TRIAC調光器120、全波整流橋140、泄放電流器(bleeder)160和LED驅動器180。TRIAC調光器中具有TRIAC元件。線電壓V_line通過調光器120和全波整流橋140施加給驅動電路，以驅動LED 110發光。

第2圖示出傳統LED照明系統的驅動電路的一部分的框圖，其中與第1圖相同的部件採用了相同的附圖標記。為了簡明起見，第2圖沒有示出第1圖中的LED驅動器180，第2圖著重對第1圖中的泄放電流器160的結構進行詳細說明。如第2圖所示，泄放電流器160包括電流檢測電路161、邏輯控制電路162、第一電流源163、第二電流源164。電流檢測電路161用於檢測驅動電路的線電流(Line Current)。邏輯控制電路162接收來自電流檢測電路161的資訊並且控制第一電流源163和第二電流源164。第一電流源163提供弱電流輸出，而第二電流源164提供強電流輸 出。泄放電流器160還具有電阻R1,R2和R3。

驅動電路正常工作時，其中的線電流在電阻R1上產生電壓V1，這個電壓大小對應於該線電流的大小。然後電壓V1通過電阻R2和R3分壓給電流檢測電路161，電流檢測電路161輸出的檢測資訊發送到邏輯控制電路162，從而控制採用弱電流輸出和強電流輸出中的哪一個電流作為驅動電路的泄放電流器160的電流。

在LED代替傳統白熾燈照明的應用中會出現如下問題。不同的TRIAC調光器生產廠商採用不同RC值以及不同的TRIAC元件，導致不同的TRIAC調光器之間維持電流會有很大差距，因此需要提高LED驅動電路對調光器兼容能力。

上述第2圖中的驅動電路存在的一個問題在於，強弱電流值都是固定的，如果TRIAC調光器的維持電流高於強電流值，那麼系統依然會閃爍；如果維持電流介於強電流值與弱電流值中間，那麼如果開啟弱電流作為泄放電流，系統依然會閃爍，如果開啟強電流作為泄放電流，那麼額外的功耗會被消耗，效率降低。

鑒於以上所述的問題，本文提出的一種自適應調整的系統處理方法，該方法能夠自動檢測接入到LED系統的調光器的類別(前沿/後沿)，以及維持電流的大小。並且時刻檢測線電流的大小，確保線電流始終不低於所檢測到的調光器的維持電流，確保任何調光器接入系統都不會發生閃爍，從而實現最廣泛的調光器相容性。

本發明在一個方面涉及一種用於照明系統的驅動電路，所述驅動電路包括：整流器，與所述整流器連接的可變電流源，和自適應調整邏輯控制單元，其中所述自適應調整邏輯控制單元控制可變電流源的電流大小。

本發明在另一個方面涉及一種驅動電路的操作方法，所述驅動電路包括調光器、可變電流源和自適應調整邏輯控制單元，所述方法包括：所述自適應調整邏輯控制單元控制可變電流源發出起始電流，所述自 適應調整邏輯控制單元控制所述電減小，所述自適應調整邏輯控制單元檢測驅動電路的線電壓和/或線電流，當線電流和/或線電壓突然向下跳變，所述自適應調整邏輯控制單元將可變電流源的電流作為調光器的維持電流，並儲存該維持電流。

本發明在又一個方面涉及一種驅動電路的操作方法，所述驅動電路包括調光器、可變電流源和自適應調整邏輯控制單元，所述方法包括：所述自適應調整邏輯控制單元檢測驅動電路的線電流，當線電流下降並且接近所述調光器的維持電流時，自適應調整邏輯控制單元控制可變電流源，以增加可變電流源電流，使所述線電流大於所述維持電流。

100‧‧‧照明系統

110‧‧‧LED

120,320‧‧‧調光器

140‧‧‧全波整流橋

160‧‧‧泄放電流器(bleeder)

161‧‧‧電流檢測電路

162‧‧‧邏輯控制電路

163‧‧‧第一電流源

164‧‧‧第二電流源

180‧‧‧LED驅動器

331‧‧‧第一輸入端子

332‧‧‧第二輸入端子

340‧‧‧整流器

361‧‧‧自適應調整邏輯控制單元

362‧‧‧可變電流源

370‧‧‧電流檢測單元

363‧‧‧電壓檢測單元

364‧‧‧處理單元

365‧‧‧驅動控制單元

366‧‧‧儲存單元

368‧‧‧相位端子

369‧‧‧I_DET端子

R1‧‧‧第一電阻

R2‧‧‧第二電阻

R3‧‧‧第三電阻

R4‧‧‧第四電阻

R5‧‧‧第五電阻

R‧‧‧電阻

M1,M2‧‧‧MOS管

V1‧‧‧電壓

VREF‧‧‧電壓源

第1圖示出傳統LED照明系統的框圖。

第2圖示出傳統LED照明系統的驅動電路的一部分的框圖。

第3圖示出根據本發明的照明系統的示例性驅動電路的框圖。

第4圖示出了根據本發明的一個示例性實施例的自適應調整邏輯控制單元的框圖。

第5A圖所示為數位方式實現可變電流源的電路結構。

第5B圖所示為類比方式實現可變電流源的電路結構。

下面將詳細描述本發明各個方面的特徵和示例性實施例。下面的描述涵蓋了許多具體細節，以便提供對本發明的全面理解。但是，對於本領域技術人員來說顯而易見的是，本發明可以在不需要這些具體細節中的一些細節的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本發明的示例來提供對本發明更清楚的理解。本發明絕不限於下面所提出的任何具體配置，而是在不脫離本發明的精神的前提下覆蓋了相關元素或部件的任何修改、替換和改進。

第3圖示出根據本發明的照明系統(例如LED照明系統) 的示例性驅動電路的框圖。下面參照第3圖對本發明的示例性的驅動電路進行詳細描述，為了簡明起見，對於本發明的驅動電路與現有技術共有的部分不進行詳細描述。

如第3圖所述，本發明的示例性的驅動電路可以包括調光器320、整流器340、自適應調整邏輯控制單元361、可變電流源362。調光器320，例如，可以是TRIAC調光器。整流器340，例如，是全波整流橋。

輸入的線電壓V_line(Line Voltage)加在驅動電路的第一輸入端子331和第二輸入端子332上，調光器320和整流器340分別對該線電壓進行調光和整流處理。該線電壓例如可以是交流電壓。

整流器340的一個輸入端例如可以通過調光器320與第一輸入端子331連接，整流器340的另一個輸入端例如可以直接與第二輸入端子332連接。整流器340的輸出是經過處理的線電壓，在整流器340的輸出上具有與該線電壓相對應的線電流(Line Current)。

該驅動電路還可以選擇包括分壓網路和電流檢測電路，以向自適應調整邏輯控制單元361提供待測電壓信號和待測電流信號。當然分壓網路和電流檢測電路不是必須的，例如，自適應調整邏輯控制單元361可以直接與整流器340的輸出連接以檢測線電壓和線電流。

電流檢測電路例如可以包括第一電阻R1、第二電阻R2和第三電阻R3，當然，電流檢測電路可以包括更多或更少的電阻。分壓網路例如可以是電阻分壓網路，例如，可以包括第四電阻R4和第五電阻R5，電阻分壓網路可以包括更多或更少的電阻。

電阻分壓網路的第四電阻R4和第五電阻R5連接在一起，第四電阻R4和第五電阻R5的另一端分別連接到整流器340的兩個輸出。第四電阻R4和第五電阻R5連接在一起的公共端與自適應調整邏輯控制單元361的相位端子連接。

第二電阻R2連接在第一電阻R1和第三電阻R3之間，第一電阻R1和第二電阻R2的公共端例如可以選擇接地，並且連接到第3圖中未示出的驅動器或者連接到發光單元(例如LED)。第一電阻R1的另一端與第五電阻R5和整流器340的一個輸出連接。第二電阻R2和第三電阻R3 的公共端例如可以連接到自適應調整邏輯控制單元361的電流檢測端子(即，I_DET端子)。第三電阻R3的另一端例如可以與第一電阻R1的另一端，第五電阻R5和整流器340的一個輸出端連接。

工作時，線電流在第一電阻R1上產生電壓V1，這個電壓大小對應於該線電流的大小。然後電壓V1通過第二電阻R2和第三電阻R3分壓給自適應調整邏輯控制單元361。

如上文所述，整流器340的一個輸出與第一電阻R1連接，整流器340的另一個輸出與第四電阻R4以及可變電流源362連接並且還可以連接到第3圖中未示出的驅動器或者連接到發光單元(例如LED)。自適應調整邏輯控制單元361的控制端子(即BL端子)也連接到可變電流源362。

在第3圖的實施例中，沒有採用第2圖所示的弱電流和強電流，而採用可變電流來作為泄放電流(Bleeding Current)。

驅動電路還可以包括第3圖中未示出的驅動器，例如第1圖中所示出的傳統的LED驅動器。驅動電路的輸出端例如可以與發光單元連接，發光單元例如可以包括一個或多個發光二極體。

下面結合第4圖和第5A、5B圖對第3圖中的自適應調整邏輯控制單元361和可變電流源362進行詳細說明。

第4圖示出了根據本發明的一個示例性實施例的自適應調整邏輯控制單元的框圖。自適應調整邏輯控制單元361例如可以包含電流檢測單元370、電壓檢測單元363、處理單元364、儲存單元366以及驅動控制單元365。電流檢測單元370與I_DET端子369連接，以對電流檢測電路提供的電流資訊進行檢測，該檢測可以是即時的。電壓檢測單元363與相位端子368連接以檢測電阻分壓網路提供的電壓資訊。電阻分壓網路提供的電壓資訊例如可以包括相位資訊。電流檢測單元370和電壓檢測單元363將檢測結果提供給處理單元364，處理單元364根據電流檢測單元370和電壓檢測單元363的檢測結果，確定驅動電路的系統資訊，例如確定調光器類型(例如，前沿調光、後沿調光、無調光器等)、調光器的維持電流等，還可以判斷調光器上的線電壓的頻率。儲存單元366儲存當前的各 種系統資訊，例如頻率、調光器類型、維持電流等。驅動控制單元365接收處理單元364提供的指令，以驅動可變電流源362，從而即時調節線電流大小。

下面說明自適應調整邏輯控制單元361的操作。當系統開機時(此時LED驅動器不工作)，自適應調整邏輯控制單元361進入學習過程：首先從BL端發出控制信號來控制可變電流源362發出一個起始電流，這個起始電流的大小可以選擇為高於大多數調光器(例如TRIAC調光器)的維持電流。然後控制可變電流源362電流慢慢減小同時通過I_DET埠和相位埠檢測線電壓的狀態和線電流的大小。隨著可變電流源362電流減小到一定程度，線電流會突然向下跳變，同時線電壓會有向下跳變，此時的可變電流源362電流就是所接入的調光器的維持電流。自適應調整邏輯控制單元361會儲存這個電流，作為以後LED驅動器工作的一個重要資料。同時在學習過程中自適應調整邏輯控制單元361會通過檢測相位埠檢測出TRIAC調光器類型(前沿或後沿)，電壓的頻率和開通時的TRIAC角度。

當LED開機時(此時LED驅動器工作)，自適應調整邏輯控制單元361會持續檢測I_DET埠。當線電流下降並且接近開機時檢測到的維持電流時，自適應調整邏輯控制單元361就通過BL埠控制可變電流源362，以增加可變電流源362電流的大小，確保任何時刻的線電流大小都高於開機時學習過程中檢測到調光器的維持電流值，並保有一定的裕量。通過這種自適應調整的控制方式，可以確保任何時刻的線電流都會高於所接入調光器的維持電流，確保任意一款調光器接入到LED系統中都不會閃爍，以達到最廣泛的對調光器的相容性。

對可變電流源362的電流大小的控制方式可以有不同的控制方式，例如，可以採用數位控制方式，也可以採用類比控制方式，或是採用類比/數位的混合控制方式。第5A圖和第5B圖所示的僅是兩個例子。第5A圖所例示的電路圖為數位方式控制，自適應調整邏輯控制單元361檢測和處理都採用數位處理技術，因此PWM形式的占空比控制非常適合用來控制可變電流源的電流。

如第5A圖所示，可變電流源362包含MOS管M1和M2， 電壓源VREF和電阻R。當MOS管M2作為開關，流過MOS管M1的電 流I _bleeding 如下式描述： 其中V _{th_M1}是MOS管M1的閾值電壓，Duty是自適應調整邏輯控制單元361發送的PWM形式方波的占空比。當電壓源VREF和MOS管M1的閾值電壓一旦給定，該可變電流源362的電流大小(即泄放電流的大小)與方波的占空比成比例變化。

在學習過程以及正常工作時，可以通過調整自適應調整邏輯控制單元361輸出的方波的占空比(Duty)的大小來實現可變電流源362電流的增大和減小。從而達到對線電流的自適應調整控制，實現泄放電流的大小能自適應調整地根據所接入調光器的所需的維持電流的大小進行調節。泄放電流的大小僅比所需的維持電流大一點點(保有一定的裕量)，確保任意一款調光器接入到LED系統中都不會閃爍，並且不會產生額外的功耗。

如第5B圖所示，作為類比控制方式的一個例子，可變電流源362包含MOS管M1，電壓源VREF和電阻R。

其中V _{th_M1}是MOS管M1的閾值電壓，電阻R是與MOS管M1源極和地連接的電阻。電壓源VREF是自適應調整邏輯控制單元361輸出的電壓控制信號，控制MOS管M1的柵極電壓的大小。其可變電流源362電流的大小隨自適應調整邏輯控制單元361輸出的電壓源VREF的大小而變化。即泄放電流的大小隨自適應調整邏輯控制單元361輸出的電壓源VREF的大小而變化

以上已經參考本發明的具體實施例來描述了本發明，但是本領域技術人員均瞭解，可以對這些具體實施例進行各種修改、組合和變更，而不會脫離由申請專利範圍或其等同物限定的本發明的精神和範圍。

320‧‧‧調光器

331‧‧‧第一輸入端子

332‧‧‧第二輸入端子

340‧‧‧整流器

361‧‧‧自適應調整邏輯控制單元

362‧‧‧可變電流源

R1‧‧‧第一電阻

R2‧‧‧第二電阻

R3‧‧‧第三電阻

R4‧‧‧第四電阻

R5‧‧‧第五電阻

V1‧‧‧電壓

Claims (16)

1. 一種用於照明系統的驅動電路，所述驅動電路包括：調光器；可變電流源；整流器，所述整流器的輸入端與所述調光器連接，所述整流器的輸出端與所述可變電流源連接；以及自適應調整邏輯控制單元，控制所述可變電流源的電流大小；其中所述自適應調整邏輯控制單元包括電流檢測單元、電壓檢測單元、處理單元、儲存單元以及驅動控制單元；其中所述處理單元根據所述電流檢測單元和所述電壓檢測單元的檢測結果，確定所述驅動電路的系統資訊；其中所述驅動電路的系統資訊包括所述調光器的類型、所述調光器的維持電流、施加在所述調光器上的電壓的頻率、所述調光器的角度中的一個或多個；其中所述儲存單元儲存所述系統資訊；其中所述驅動控制單元根據處理單元確定的所述系統資訊驅動所述可變電流源。
2. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，其中所述調光器是交流三極管調光器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，其中所述整流器是全波整流橋。
4. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，還包括分壓網路，以向所述自適應調整邏輯控制單元提供電壓信號。
5. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，還包括電流檢測電路，以向所述自適應調整邏輯控制單元提供電流信號。
6. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，還包括與所述整流器連接的LED驅動器。
7. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，其中當驅動電路的線電流下降並且接近所述調光器的維持電流時，自適應調整邏輯控制單元控制可變電流源以增加可變電流源電流。
8. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，其中可變電流源包括第一電晶體和第二電晶體，其中所述第一電晶體的柵極與電壓源連接，所述第二電晶體的柵極與自適應調整邏輯控制單元連接。
9. 如申請專利範圍第8項所述之驅動電路，其中流過所述第一電晶體的電流I _bleeding 如下式描述： 其中V _{th_M1}是所述第一電晶體的閾值電壓，Duty是自適應調整邏輯控制單元發送給所述可變電流源的方波的占空比，R是所述第一電晶體的源極和地連接的電阻，VREF是自適應調整邏輯控制單元輸出的電壓控制信號。
10. 一種驅動電路的操作方法，所述驅動電路包括調光器、可變電流源和自適應調整邏輯控制單元，所述方法包括：所述自適應調整邏輯控制單元控制可變電流源發出起始電流，所述自適應調整邏輯控制單元控制所述電流減小，所述自適應調整邏輯控制單元檢測驅動電路的線電壓和/或線電流，當線電流和/或線電壓突然向下跳變，所述自適應調整邏輯控制單元將可變電流源的電流作為調光器的維持電流，並儲存該維持電流。
11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中所述調光器是交流三極管調光器。
12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中所述自適應調整邏輯控制單元通過檢測線電壓確定調光器類型、線電壓的頻率和調光器開通時的交流三極管角度。
13. 如申請專利範圍第10項所述之方法，更包括：所述自適應調整邏輯控制單元檢測驅動電路的線電流，當線電流下降並且接近所述調光器的維持電流時，自適應調整邏輯控制單元控制可變電流源，以增加可變電流源電流，使所述線電流大於所述維持電流。
14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，所述可變電流源的電流大小的控制方式是採用數位控制方式。
15. 如申請專利範圍第13項所述之方法，所述可變電流源的電流大小的控制方式是採用類比控制方式。
16. 如申請專利範圍第13項所述之方法，所述可變電流源的電流大小的控制方式是採用類比/數位的混合控制方式。