專利名稱：Led驅(qū)動裝置和驅(qū)動方法以及控制器的制作方法
LED驅(qū)動裝置和驅(qū)動方法以及控制器技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明的實施例涉及一種LED驅(qū)動裝置，特別地，涉及適用于可控硅調(diào)光的LED驅(qū)動裝置和驅(qū)動方法，以及用于該驅(qū)動裝置的控制器。
背景技術(shù)：
如今，以LED(Light Emitting Diode，發(fā)光二極管)取代傳統(tǒng)的燈泡已成為照明技術(shù)發(fā)展的一個主要趨勢，然而如何使LED驅(qū)動裝置與傳統(tǒng)的可控硅調(diào)光器兼容是一個難題。傳統(tǒng)的可控硅調(diào)光器是為純阻性負載(諸如白熾燈和碘鎢燈)設(shè)計的，其基本原理是通過調(diào)節(jié)三端雙向可控硅開關(guān)管(TRIAC)的導通時間來控制交流電源向負載傳遞的能量， 進而達到調(diào)光的目的。由于LED并不具有純阻性負載特性，因而采用傳統(tǒng)的可控硅調(diào)光器對LED進行調(diào)光很難達到良好的效果。
圖1為典型的可控硅調(diào)光器的電路圖，包括三端雙向可控硅開關(guān)管TR1、電位器 P0T1、電容器Cl、雙向觸發(fā)二極管Dl以及電阻器Rl和R2。電位器P0T1、電容器Cl以及電阻器Rl和R2構(gòu)成移相觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)。當電容器Cl兩端的電壓上升至雙向觸發(fā)二極管Dl的轉(zhuǎn)折電壓(例如30V)時，雙向觸發(fā)二極管Dl擊穿。三端雙向可控硅開關(guān)管TRl被觸發(fā)導通， 其兩端的電壓瞬間變?yōu)榱?，電容器Cl通過電阻器R1、R2以及電位器POTl迅速放電。三端雙向可控硅開關(guān)管TRl—旦被觸發(fā)導通，將持續(xù)導通至交流輸入電壓Va。過零或流過三端雙向可控硅開關(guān)管TRl的電流小于維持電流時方會關(guān)斷。
調(diào)節(jié)電位器POTl可改變電容器Cl的充電時間常數(shù)，從而改變傳遞至負載的電壓一交流切相電壓Vte的導通角。該導通角對應于三端雙向可控硅開關(guān)管TRl在一個供電周期內(nèi)的導通時間。在電位器POTl調(diào)節(jié)到最大值時，電位器POTl相當于開路，電阻器Rl 與R2串聯(lián)，此時交流切相電壓Vte達到其最小導通角。在電位器POTl調(diào)節(jié)到零電阻時，電位器POTl相當于短路，此時交流切相電壓Vte達到其最大導通角。
圖2為現(xiàn)有的LED驅(qū)動裝置的電路圖?？煽毓枵{(diào)光器接收來自交流電源的交流輸入電壓Va。(通常為110V-220V)，并輸出導通角受控的交流切相電壓Vte。整流橋?qū)⒔涣髑邢嚯妷篤te轉(zhuǎn)換為直流切相電壓Vbus。包括開關(guān)管Si、變壓器Tl和二極管D2的反激變換器接收直流切相電壓Vbus，并將其轉(zhuǎn)換為驅(qū)動信號以驅(qū)動LED燈串。比較器COMl將代表直流切相電壓Vbus的電壓采樣信號Vsensel與閾值Vthl進行比較，并產(chǎn)生調(diào)光信號DIM。誤差放大器EA將調(diào)光信號DIM和代表流過LED電流的反饋信號FB進行比較，并產(chǎn)生補償信號C0MP。 邏輯電路根據(jù)補償信號COMP產(chǎn)生控制信號CTRL以控制開關(guān)管Sl的導通與關(guān)斷。
圖3為圖2所示LED驅(qū)動裝置的波形圖。當電壓采樣信號Vsensel大于閾值Vthl時， 調(diào)光信號DIM的值等于VH(VH > 0)；當電壓采樣信號Vsensel小于閾值Vthl時，調(diào)光信號DIM 的值等于0。在誤差放大器EA和邏輯電路的作用下，反饋信號FB跟隨調(diào)光信號DIM的平均值，被調(diào)節(jié)至D*VH，其中D為調(diào)光信號DIM的占空比，與直流切相電壓Vbus的導通角一一對應。
由圖1可知，在電位器POTl阻值相同的情況下，對不同的交流輸入電壓Va。而言，電容器Cl兩端的電壓上升到雙向觸發(fā)二極管Dl的轉(zhuǎn)折電壓所需的時間不同，即交流切相電壓Vte的導通角不同。因此，圖2所示的LED驅(qū)動裝置在不同的交流輸入電壓Vae下，LED 的最大亮度和/或最小亮度不同。
此外，對于不同的可控硅調(diào)光器，由于其內(nèi)部參數(shù)的制作差異，即使在相同的交流輸入電壓va。下，LED的最大亮度和/或最小亮度也不同。
而且，由于電阻器Rl的存在，交流切相電壓Vte的導通角不會等于零，使得LED不能被調(diào)節(jié)至完全熄滅。在高交流輸入電壓Va。的情況下，LED亮度的調(diào)節(jié)范圍十分有限。
不僅如此，圖2所示LED驅(qū)動裝置的輸入調(diào)整率也不佳。在不使用可控硅調(diào)光器時(此時交流切相電壓Vte等于交流輸入電壓VJ，在不同的交流輸入電壓va。下，直流切相電壓Vbus達到閾值Vthl的時刻不同，導致調(diào)光信號DIM的占空比D不同，因而LED的亮度也不同。發(fā)明內(nèi)容
考慮到現(xiàn)有技術(shù)中的一個問題或者多個問題，提出了一種LED驅(qū)動裝置和驅(qū)動方法以及控制器。
依據(jù)本發(fā)明實施例提出的一種用于LED驅(qū)動裝置的控制器，該LED驅(qū)動裝置包括可控硅調(diào)光器、整流橋和開關(guān)變換器，可控硅調(diào)光器接收交流輸入電壓并產(chǎn)生導通角受控的交流切相電壓，整流橋電耦接至可控硅調(diào)光器，對交流切相電壓進行整流并產(chǎn)生直流切相電壓，開關(guān)變換器電耦接至整流橋，包括至少一個開關(guān)管，通過該至少一個開關(guān)管的導通與關(guān)斷將直流切相電壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動信號以驅(qū)動LED，該控制電路包括調(diào)光信號產(chǎn)生電路， 電耦接至可控硅調(diào)光器，根據(jù)交流切相電壓產(chǎn)生調(diào)光信號，該調(diào)光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調(diào)節(jié)且與交流切相電壓的導通角一一對應；調(diào)光信號處理電路，電耦接至調(diào)光信號產(chǎn)生電路，根據(jù)調(diào)光信號產(chǎn)生調(diào)光處理信號，該調(diào)光處理信號的占空比等于調(diào)光信號的占空比與一預設(shè)占空比之和；以及開關(guān)控制電路，電稱接至調(diào)光信號處理電路，根據(jù)調(diào)光處理信號和與流過LED的電流相關(guān)的反饋信號產(chǎn)生控制信號，以控制開關(guān)變換器中開關(guān)管的導通與關(guān)斷。
依據(jù)本發(fā)明實施例提出的一種LED驅(qū)動裝置，包括如前所述的用于LED驅(qū)動裝置的控制器。
依據(jù)本發(fā)明實施例提出的一種用于LED驅(qū)動裝置的控制器，該LED驅(qū)動裝置包括可控硅調(diào)光器、整流橋和開關(guān)變換器，可控硅調(diào)光器接收交流輸入電壓并產(chǎn)生導通角受控的交流切相電壓，整流橋電耦接至可控硅調(diào)光器，對交流切相電壓進行整流并產(chǎn)生直流切相電壓，開關(guān)變換器電耦接至整流橋，包括至少一個開關(guān)管，通過該至少一個開關(guān)管的導通與關(guān)斷將直流切相電壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動信號以驅(qū)動LED，該控制電路包括調(diào)光信號產(chǎn)生電路， 電耦接至可控硅調(diào)光器，根據(jù)交流切相電壓產(chǎn)生調(diào)光信號，該調(diào)光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調(diào)節(jié)且與交流切相電壓的導通角一一對應；參考信號產(chǎn)生電路，電耦接至調(diào)光信號產(chǎn)生電路，根據(jù)調(diào)光信號產(chǎn)生參考信號，其中該參考信號的平均值等于調(diào)光信號的占空比與第一常數(shù)的乘積和第二常數(shù)之差，第一常數(shù)大于第二常數(shù)；以及開關(guān)控制電路， 電耦接至參考信號產(chǎn)生電路，根據(jù)參考信號和與流過LED的電流相關(guān)的反饋信號產(chǎn)生控制信號，以控制開關(guān)變換器中開關(guān)管的導通與關(guān)斷。
依據(jù)本發(fā)明實施例提出的一種LED驅(qū)動方法，包括從可控硅調(diào)光器接收導通角受控的交流切相電壓；對交流切相電壓進行整流，產(chǎn)生直流切相電壓；通過開關(guān)變換器將直流切相電壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動信號以驅(qū)動LED ；根據(jù)交流切相電壓產(chǎn)生調(diào)光信號，該調(diào)光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調(diào)節(jié)并與交流切相電壓的導通角一一對應；根據(jù)調(diào)光信號產(chǎn)生調(diào)光處理信號，該調(diào)光處理信號的占空比等于調(diào)光信號的占空比與一預設(shè)占空比之和；產(chǎn)生與流過LED的電流有關(guān)的反饋信號；以及根據(jù)調(diào)光處理信號和反饋信號產(chǎn)生控制信號，以控制開關(guān)變換器中開關(guān)管的導通與關(guān)斷。
依據(jù)本發(fā)明實施例提出的一種LED驅(qū)動方法，包括從可控硅調(diào)光器接收導通角受控的交流切相電壓；對交流切相電壓進行整流，產(chǎn)生直流切相電壓；通過開關(guān)變換器將直流切相電壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動信號以驅(qū)動LED ；根據(jù)交流切相電壓產(chǎn)生調(diào)光信號，該調(diào)光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調(diào)節(jié)并與交流切相電壓的導通角一一對應；根據(jù)調(diào)光信號產(chǎn)生參考信號，其中參考信號的平均值等于調(diào)光信號的占空比與第一常數(shù)的乘積和第二常數(shù)之差，第一常數(shù)大于第二常數(shù)；產(chǎn)生與流過LED的電流有關(guān)的反饋信號；以及根據(jù)參考信號和反饋信號產(chǎn)生控制信號，以控制開關(guān)變換器中開關(guān)管的導通與關(guān)斷。


圖1為典型的雙向可控硅調(diào)光器的電路圖2為現(xiàn)有的LED驅(qū)動裝置的電路圖3為圖2所示LED驅(qū)動裝置的波形圖4為根據(jù)本發(fā)明--實施例的LED驅(qū)動裝置的示意性框圖5為根據(jù)本發(fā)明--實施例的圖4所示LED驅(qū)動裝置的調(diào)光曲線圖6為根據(jù)本發(fā)明--實施例的LED驅(qū)動裝置的示意性電路圖7為根據(jù)本發(fā)明--實施例的調(diào)光信號處理電路的示意性電路圖8為根據(jù)本發(fā)明--實施例的圖7所示調(diào)光信號處理電路的波形圖9為根據(jù)本發(fā)明--實施例的LED驅(qū)動裝置的示意性電路圖IOA和IOB為根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖9所示LED驅(qū)動裝置的波形圖
圖11為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的LED驅(qū)動裝置的示意性電路圖12為根據(jù)本發(fā)明-一實施例的LED驅(qū)動方法的流程圖。
具體實施方式
下面將詳細描述本發(fā)明的具體實施例，應當注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。在以下描述中，為了提供對本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特定細節(jié)。然而，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是不必采用這些特定細節(jié)來實行本發(fā)明。在其他實例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的電路、材料或方法。
在整個說明書中，對“ 一個實施例”、“實施例”、“ 一個示例”或“示例”的提及意味著結(jié)合該實施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明至少一個實施例中。 因此，在整個說明書的各個地方出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例” 或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當?shù)慕M合和/或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。應當理解， 當稱元件“連接到”或“耦接到”另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)列出的項目的任何和所有組合。
圖4為根據(jù)本發(fā)明一實施例的LED驅(qū)動裝置的示意性框圖，包括可控硅調(diào)光器 401、整流橋402、開關(guān)變換器403、反饋電路408和用于LED驅(qū)動裝置的控制器。該控制器包括調(diào)光信號產(chǎn)生電路404、調(diào)光信號處理電路405和開關(guān)控制電路407?？煽毓枵{(diào)光器401 接收交流輸入電壓Va。，產(chǎn)生導通角受控的交流切相電壓Vte。整流橋402電耦接至可控硅調(diào)光器401，對交流切相電壓行整流，產(chǎn)生直流切相電壓Vbus。開關(guān)變換器403電耦接至整流橋402，包括至少一個開關(guān)管。開關(guān)變換器403通過該至少一個開關(guān)管的導通與關(guān)斷將直流切相電壓Vbus轉(zhuǎn)換為驅(qū)動信號以驅(qū)動LED。開關(guān)變換器403可以采用升降壓電路、降壓電路、反激電路等直流/直流拓撲結(jié)構(gòu)，其中的開關(guān)管可以是任何可控半導體開關(guān)器件，例如金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等。
反饋電路408電耦接或磁耦接至開關(guān)變換器403，產(chǎn)生與流過LED的電流相關(guān)的反饋信號FB。在一個實施例中，反饋電路408包括串聯(lián)耦接至LED的采樣電阻器。
調(diào)光信號產(chǎn)生電路404電耦接至可控硅調(diào)光器401，根據(jù)交流切相電壓Vte產(chǎn)生調(diào)光信號DIM，該調(diào)光信號DIM的占空比受交流切相電壓Vte的導通角調(diào)節(jié)，并與交流切相電壓 VteW導通角一一對應。在一個實施例中，調(diào)光信號產(chǎn)生電路404包括第一比較電路，該第一比較電路將代表直流切相電壓Vbus的電壓采樣信號與第一閾值進行比較，以產(chǎn)生調(diào)光信號 DIM。在另一個實施例中，調(diào)光信號產(chǎn)生電路404通過整流電路將交流切相電壓Vae轉(zhuǎn)換為第二直流切相電壓，并將該第二直流切相電壓與一閾值進行比較，以產(chǎn)生調(diào)光信號DIM。在又一個實施例中，調(diào)光信號產(chǎn)生電路404將交流切相電壓Vte與兩閾值進行比較，以產(chǎn)生調(diào)光信號，其中該兩個閾值符號相反而絕對值相同。
調(diào)光信號處理電路405電耦接至調(diào)光信號產(chǎn)生電路404，根據(jù)調(diào)光信號DIM產(chǎn)生調(diào)光處理信號PRO，該調(diào)光處理信號PRO的占空比等于調(diào)光信號DIM的占空比D與預設(shè)占空比 Dl之和。開關(guān)控制電路407電耦接至調(diào)光信號處理電路405和反饋電路408，根據(jù)調(diào)光處理信號PRO和反饋信號FB產(chǎn)生控制信號CTRL，以控制開關(guān)變換器403中開關(guān)管的導通與關(guān)斷。
預設(shè)占空比Dl的值一般選取為略大于I-Dmax，其中Dmax為占空比D的額定最大值。 在一個實施例中，Dfflax等于80%，Dl等于25%。由于調(diào)光處理信號PRO的占空比等于調(diào)光信號DIM的占空比D與預設(shè)占空比Dl之和，當調(diào)光信號DIM的占空比D大于或等于I-Dl 時，調(diào)光處理信號PRO的占空比均為1，使得LED在不同條件下的最大亮度均相同。
在一個實施例中，控制器還可以包括參考信號產(chǎn)生電路406。參考信號產(chǎn)生電路 406電耦接在調(diào)光信號處理電路405和開關(guān)控制電路407之間，根據(jù)調(diào)光處理信號PRO產(chǎn)生參考信號REF。參考信號REF的平均值等于調(diào)光處理信號PRO的占空比與常數(shù)Kl的乘積和常數(shù)K2之差，其中ΚΙ、K2均為正數(shù)且Kl大于K2，即參考信號REF的平均值等于 K1*(D+D1)-K2。開關(guān)控制電路407根據(jù)參考信號REF和反饋信號FB，產(chǎn)生控制信號CTRL。 常數(shù)Kl和K2的值一般選取為使K2/K1略大于Dl+Dmin，其中Dmin為占空比的額定最小值。
在一個實施例中，參考信號REF為交流脈沖信號，其占空比等于調(diào)光處理信號PRO 的占空比，參考信號REF在高電平時段為正，在低電平時段為負。在另一個實施例中，參考信號REF為直流脈沖信號，其占空比等于Kl* (D+Dl) -K2。在一個實施例中，調(diào)光信號DIM的占空比D被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，調(diào)光信號處理電路405和參考信號產(chǎn)生電路406由數(shù)字信號處理電路通過運行相關(guān)程序來實現(xiàn)。
在一個實施例中，開關(guān)控制電路407將參考信號REF濾波為直流電平信號，然后將該直流電平信號與三角波比較，并用該比較產(chǎn)生的信號對LED進行PWM調(diào)光。在另一個實施例中，開關(guān)控制電路407將參考信號REF和反饋信號冊進行比較，產(chǎn)生補償信號，并根據(jù)該補償信號產(chǎn)生控制信號CTRL。開關(guān)控制電路407可采用準諧振控制、定頻峰值電流控制、 恒定導通時間控制、關(guān)斷時間控制等控制方式。開關(guān)控制電路407還可具有功率因數(shù)校正功能。
圖5為根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖4所示LED驅(qū)動裝置的調(diào)光曲線圖。當調(diào)光信號 DIM的占空比D大于或等于I-Dl時，調(diào)光處理信號PRO的占空比等于1，流過LED的電流等于II，LED達到其最大亮度。當調(diào)光信號DIM的占空比D小于或等于K2/K1-D1時，參考信號REF的平均值等于零，流過LED的電流等于0，LED熄滅。
盡管在不同的交流輸入電壓Va。下或采用不同的可控硅調(diào)光器時，交流切相電壓 Vtr的最大導通角不同，但其對應的調(diào)光處理信號PRO的占空比均為1，因而LED的最大亮度相同。同理，盡管交流切相電壓Vte的最小導通角在不同條件下不同，但其對應的參考信號 REF的平均值均為0，因而LED的最小亮度相同。由于LED的最小亮度為0，LED的亮度調(diào)節(jié)范圍得到了很大的擴展。
此外，圖4所示LED驅(qū)動裝置的輸入調(diào)整率很好。在不使用可控硅調(diào)光器時，在不同的交流輸入電壓Va。下，雖然調(diào)光信號DIM的占空比不同，但由于其對應的調(diào)光處理信號 PRO的占空比均為1，因而LED的亮度相同。
圖6為根據(jù)本發(fā)明一實施例的LED驅(qū)動裝置的電路圖，包括可控硅調(diào)光器601、整流橋602、開關(guān)變換器、調(diào)光信號產(chǎn)生電路604、調(diào)光信號處理電路605、參考信號產(chǎn)生電路 606、開關(guān)控制電路607、反饋電路608和電壓采樣電路609。開關(guān)變換器采用反激拓撲結(jié)構(gòu)， 包括變壓器Tl、開關(guān)管Sl和二極管D2。二極管D2也可采用同步開關(guān)管來代替。電壓采樣電路609電耦接至整流橋602的輸出端，采樣直流切相電壓Vbus并產(chǎn)生電壓采樣信號Vsensel。 在一個實施例中，電壓采樣電路609包括電阻分壓器。
調(diào)光信號產(chǎn)生電路604包括比較器C0M1。比較器COMl的同相輸入端電耦接至電壓采樣電路609以接收電壓采樣信號Vs反相輸入端接收閾值Vthl，輸出端提供調(diào)光信號 DIM。開關(guān)控制電路607包括誤差放大器EA和邏輯電路610。誤差放大器EA電耦接至參考信號產(chǎn)生電路606和反饋電路608，根據(jù)參考信號REF和反饋信號FB產(chǎn)生補償信號C0MP。 誤差放大器EA可為運算放大器或跨導放大器。邏輯電路610電耦接至誤差放大器EA的輸出端，根據(jù)補償信號COMP產(chǎn)生控制信號CTRL以控制開關(guān)管Sl的導通與關(guān)斷。在一個實施例中，在參考信號產(chǎn)生電路606和誤差放大器EA之間還電耦接有濾波電路。
圖7為根據(jù)本發(fā)明一實施例的調(diào)光信號處理電路705的示意性電路圖。調(diào)光信號處理電路705包括非門NOT 1、單觸發(fā)電路711、電流源11、電容器C2、開關(guān)管S2、比較器COM2 和觸發(fā)器FF1。非門NOTl的輸入端電耦接至調(diào)光信號產(chǎn)生電路以接收調(diào)光信號DIM。單觸發(fā)電路711的輸入端電耦接至非門NOTl的輸出端。電容器C2具有第一端和第二端，其中第一端電耦接至電流源11，第二端接地。開關(guān)管S2與電容器C2并聯(lián)，其門極電耦接至單觸發(fā)電路711的輸出端。比較器COM2的同相輸入端電耦接至電容器C2的第一端，反相輸入端接收閾值Vth2。觸發(fā)器FFl的置位端電耦接至調(diào)光信號產(chǎn)生電路以接收調(diào)光信號DIM，復位端電耦接至比較器COM2的輸出端，輸出端提供調(diào)光處理信號PRO。
在一個實施例中，調(diào)光信號處理電路705還可以包括延時電路712、采樣保持電路 713和分壓電路714。采樣保持電路713電耦接至單觸發(fā)電路711的輸出端和電容器C2的第一端，對電容器C2兩端電壓的峰值進行采樣和保持，產(chǎn)生采樣保持信號PEAK。延時電路 712電耦接在單觸發(fā)電路711的輸出端和開關(guān)管S2的門極之間，以確保采樣保持電路713 能準確及時地采樣到電容器C2兩端電壓的峰值。分壓電路714電耦接至采樣保持電路713， 對采樣保持信號PEAK進行分壓，并將該分壓信號作為閾值Vth2提供至比較器COM2的反相輸入端。
在一個實施例中，分壓電路714為電阻分壓器，包括串聯(lián)連接的電阻器R3和R4。 通過調(diào)節(jié)分壓電路714的分壓比，可以調(diào)節(jié)預設(shè)占空比D1。在一個實施例中，電阻器R3的阻值為電阻器R4阻值的3倍，即Vth2 = PEAK/4，則預設(shè)占空比Dl等于25%。
圖8為根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖7所示電路的波形圖。當可控硅調(diào)光器中的三端雙向可控硅開關(guān)管導通，調(diào)光信號DIM由低電平變?yōu)楦唠娖?，觸發(fā)器FFl被置位。調(diào)光處理信號PRO由低電平變?yōu)楦唠娖健．斀涣鬏斎腚妷篤ae過零或流過三端雙向可控硅開關(guān)管的電流小于維持電流時，三端雙向可控硅開關(guān)管關(guān)斷，調(diào)光信號DIM由高電平變?yōu)榈碗娖?。單觸發(fā)電路711被觸發(fā)，并產(chǎn)生一脈沖信號。該脈沖信號觸發(fā)采樣保持電路713，使采樣保持電路713對電容器C2兩端的電壓V。進行采樣和保持。分壓電路714對采樣保持信號PEAK 進行分壓，產(chǎn)生閾值Vth2。單觸發(fā)電路711產(chǎn)生的脈沖信號還通過延時電路712被傳送至開關(guān)管S2的門極，使開關(guān)管S2導通一預設(shè)時間，以將電容器C2兩端的電壓\放電至零。此后開關(guān)管S2關(guān)斷，電流源Il對電容器C2進行充電，電容器C2兩端的電壓V。持續(xù)增大。當電壓Vc增大至大于或大于等于閾值Vth2時，觸發(fā)器FFl被復位，調(diào)光處理信號PRO由高電平變?yōu)榈碗娖健?br> 圖9為根據(jù)本發(fā)明一實施例的LED驅(qū)動裝置的電路圖，包括可控硅調(diào)光器901、整流橋902、開關(guān)變換器、調(diào)光信號產(chǎn)生電路904、調(diào)光信號處理電路905、參考信號產(chǎn)生電路 906、開關(guān)控制電路、反饋電路、電壓采樣電路909、電流采樣電路917和開關(guān)電壓采樣電路 918。開關(guān)變換器采用反激拓撲結(jié)構(gòu)，包括變壓器Tl、開關(guān)管Sl和二極管D2。變壓器Tl具有初級繞組、次級繞組和輔助繞組，開關(guān)管Sl為NMOS (η型M0SFET)。
參考信號產(chǎn)生電路906包括開關(guān)管S3、S4和非門Ν0Τ2。開關(guān)管S3包括第一端、 第二端和門極，其中第一端接收正電壓νΗ(νΗ > 0)，門極電耦接至調(diào)光信號處理電路905以接收調(diào)光處理信號PRO。非門N0T2的輸入端電耦接至調(diào)光信號處理電路905以接收調(diào)光處理信號PRO。開關(guān)管S4包括第一端、第二端和門極，其中第一端與開關(guān)管S3的第二端電耦接在一起以提供參考信號REF，第二端接收負電壓< 0)，門極電耦接至非門N0T2的輸出端。
參考信號REF為交流脈沖信號，其占空比等于調(diào)光處理信號PRO的占空比D+D1，參考信號REF在高電平時段等于正電壓Vh，在低電平時段等于負電壓\。參考信號REF的平均值等于 VH* (D+Dl) +VL* (I-D-Dl)，即常數(shù) Kl = Vh-Vl, K2 = -Vl。
電流采樣電路917采樣流過開關(guān)管Sl的電流，并產(chǎn)生電流采樣信號Isense。在一個實施例中，電流采樣電路917包括電耦接在開關(guān)管Sl的源極和地之間的采樣電阻器。
開關(guān)電壓采樣電路918采樣開關(guān)管Sl的端電壓，并產(chǎn)生與該電壓相關(guān)的開關(guān)電壓采樣信號Vsmse2。在一個實施例中，開關(guān)電壓采樣電路918包括電耦接至變壓器Tl輔助繞組的電阻分壓電路。
開關(guān)控制電路包括誤差放大器EA和邏輯電路910。誤差放大器EA為運算放大器。 邏輯電路910包括乘法電路915、觸發(fā)器FF2以及比較器COM3、COM4。乘法電路915電耦接至誤差放大器EA和電壓采樣電路909，將補償信號COMP和電壓采樣信號Vsensel相乘，產(chǎn)生乘積信號MUL0。比較器COM3電耦接至乘法電路915和電流采樣電路917，將乘積信號MULO 與電流采樣信號Ismse進行比較。比較器COM4電耦接至開關(guān)電壓采樣電路918，將開關(guān)電壓采樣信號Vsmse2與閾值Vth3進行比較。觸發(fā)器FF2的復位端電耦接至比較器COM3的輸出端，置位端電耦接至比較器COM4的輸出端，輸出端電耦接至開關(guān)管Sl的柵極。
當開關(guān)管Sl導通時，變壓器Tl存儲能量，流過開關(guān)管Sl的電流逐漸增大，電流采樣信號Ismse也逐漸增大。當電流采樣信號Isense增大至大于或等于乘積信號MULO時，比較器COM3輸出高電平，將觸發(fā)器FF2復位，從而使開關(guān)管Sl關(guān)斷。
在開關(guān)管Sl關(guān)斷時，變壓器Tl中存儲的能量被傳送至負載——LED。在變壓器Tl 中存儲的能量被全部傳送至負載后，變壓器Tl的勵磁電感和開關(guān)管Sl的寄生電容產(chǎn)生諧振。當開關(guān)管Sl的端電壓諧振至谷底，使開關(guān)電壓采樣信號Vsmse2減小至小于或等于閾值 Vth3時，比較器COM4輸出高電平，將觸發(fā)器FF2置位，從而使開關(guān)管Sl導通。
在一個實施例中，反饋電路包括輸出電流估算電路916。輸出電流估算電路916電耦接至電流采樣電路917和邏輯電路910，接收電流采樣信號Isense和控制信號CTRL，產(chǎn)生代表流過LED電流的輸出電流估算信號，并將其作為反饋信號冊提供至誤差放大器EA。
圖IOA和IOB為根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖9所示LED驅(qū)動裝置的波形圖。在圖IOA中，直流切相電壓Vbus的導通角和調(diào)光信號DIM的占空比D較小(D+D1 < 1)，參考信號REF的占空比等于D+D1。反饋信號冊被調(diào)節(jié)至參考信號REF的平均值，等于 VH* (D+Dl)+Vl* (I-D-Dl)。
在圖IOB中，直流切相電壓Vbus的導通角和調(diào)光信號DIM的占空比D較大(D+D1 > 1)，參考信號REF的占空比等于1。反饋信號ra被調(diào)節(jié)至參考信號REF的平均值，等于VH。 由此可知，只要調(diào)光信號DIM的占空比D大于I-Dl，LED的亮度均相同。
此夕卜，當調(diào)光信號DIM的占空比D小于或等于-Vl/ (Vh-Vl) -Dl時，參考信號REF的平均值等于0，LED的亮度被調(diào)節(jié)至0。
圖11為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的LED驅(qū)動裝置的電路圖。與圖9所示LED驅(qū)動裝置相比，開關(guān)控制電路1107還包括電流源13。電流源13電耦接在誤差放大器EA的反相輸入端和地之間，其電流值受反饋信號FB控制。參考信號產(chǎn)生電路1106包括非門N0T3、開關(guān)管S5以及電流源12和14。電流源12具有第一端和第二端，其中第一端電耦接至誤差放大器EA的反相輸入端。開關(guān)管S5具有第一端、第二端和門極，其中第一端電耦接至電流源 12的第二端，第二端接地。非門N0T3的輸入端電耦接至調(diào)光信號處理電路1105以接收調(diào)光處理信號PRO，輸出端電耦接至開關(guān)管S5的門極。電流源14電耦接至誤差放大器EA的同相輸入端。電流源12的電流值大于電流源14的電流值。
誤差放大器EA為跨導放大器，將流入其同相輸入端的電流14與流出其反相輸入端電流的平均值13+12* (I-D-Dl)調(diào)節(jié)至相等，即將反饋信號FB對應的電流值13調(diào)節(jié)至 14-12* (I-D-Dl)。對應至前述參考信號REF平均值的公式，Kl* (D+D1)-K2，可知，Kl = 12， K2 = 12-14。在一個實施例中，12 = 31uA, 14 = 25uA。
在前述的實施例中，調(diào)光信號處理電路并非必需，參考信號產(chǎn)生電路可直接電耦接至調(diào)光信號產(chǎn)生電路，根據(jù)調(diào)光信號DIM產(chǎn)生參考信號REF，參考信號REF的平均值等于 K1*D-K2。開關(guān)控制電路根據(jù)參考信號REF和反饋信號FB，產(chǎn)生控制信號CTRL。
圖12為根據(jù)本發(fā)明一實施例的LED驅(qū)動方法的流程圖，包括步驟S1201-S1207。
在步驟S1201，通過可控硅調(diào)光器將交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為導通角受控的交流切相電壓。
在步驟S1202，對交流切相電壓進行整流，產(chǎn)生直流切相電壓。
在步驟S1203，通過開關(guān)變換器將直流切相電壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動信號以驅(qū)動LED。
在步驟S1204，根據(jù)交流切相電壓產(chǎn)生調(diào)光信號，該調(diào)光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調(diào)節(jié)且與交流切相電壓的導通角一一對應。在一個實施例中，該步驟包括對直流切相電壓進行采樣并產(chǎn)生電壓采樣信號，以及將電壓采樣信號與第一閾值進行比較， 以產(chǎn)生調(diào)光信號。
在步驟S1205，根據(jù)調(diào)光信號產(chǎn)生調(diào)光處理信號，該調(diào)光處理信號的占空比為調(diào)光信號占空比與一預設(shè)占空比之和。
在步驟S1206，產(chǎn)生與流過LED的電流相關(guān)的反饋信號。
在步驟S1207，根據(jù)調(diào)光處理信號和反饋信號產(chǎn)生控制信號，以控制開關(guān)變換器中開關(guān)管的導通與關(guān)斷。在一個實施例中，該步驟包括根據(jù)調(diào)光處理信號和反饋信號產(chǎn)生補償信號，以及根據(jù)該補償信號產(chǎn)生控制信號。
在一個實施例中，根據(jù)調(diào)光處理信號和反饋信號產(chǎn)生控制信號的步驟包括根據(jù)調(diào)光處理信號產(chǎn)生參考信號；以及根據(jù)參考信號與反饋信號產(chǎn)生控制信號。其中該參考信號的平均值等于調(diào)光處理信號占空比與第一常數(shù)的乘積和第二常數(shù)之差，第一常數(shù)大于第二常數(shù)。在一個實施例中，該參考信號為交流脈沖信號，其占空比等于調(diào)光處理信號的占空比。該參考信號在高電平時段為正，在低電平時段為負。
在一個實施例中，調(diào)光信號處理信號的產(chǎn)生并非必需，可直接根據(jù)調(diào)光信號產(chǎn)生參考信號，該參考信號的平均值等于調(diào)光信號的占空比與第一常數(shù)的乘積和第二常數(shù)之差，第一常數(shù)大于第二常數(shù)。
雖然已參照幾個典型實施例描述了本發(fā)明，但應當理解，所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實施而不脫離發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應當理解，上述實施例不限于任何前述的細節(jié)，而應在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應為隨附權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種用于LED驅(qū)動裝置的控制器，該LED驅(qū)動裝置包括可控硅調(diào)光器、整流橋和開關(guān)變換器，可控硅調(diào)光器接收交流輸入電壓并產(chǎn)生導通角受控的交流切相電壓，整流橋電耦接至可控硅調(diào)光器，對交流切相電壓進行整流并產(chǎn)生直流切相電壓，開關(guān)變換器電耦接至整流橋，包括至少一個開關(guān)管，通過該至少一個開關(guān)管的導通與關(guān)斷將直流切相電壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動信號以驅(qū)動LED，該控制電路包括調(diào)光信號產(chǎn)生電路，電耦接至可控硅調(diào)光器，根據(jù)交流切相電壓產(chǎn)生調(diào)光信號，該調(diào)光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調(diào)節(jié)且與交流切相電壓的導通角一一對應；調(diào)光信號處理電路，電耦接至調(diào)光信號產(chǎn)生電路，根據(jù)調(diào)光信號產(chǎn)生調(diào)光處理信號，該調(diào)光處理信號的占空比等于調(diào)光信號的占空比與一預設(shè)占空比之和；以及開關(guān)控制電路，電耦接至調(diào)光信號處理電路，根據(jù)調(diào)光處理信號和與流過LED的電流相關(guān)的反饋信號產(chǎn)生控制信號，以控制開關(guān)變換器中開關(guān)管的導通與關(guān)斷。
2.如權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述調(diào)光信號產(chǎn)生電路包括第一比較電路，將代表直流切相電壓的電壓采樣信號與第一閾值進行比較，產(chǎn)生調(diào)光信號。
3.如權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述調(diào)光信號處理電路包括 第一非門，其輸入端電耦接至調(diào)光信號產(chǎn)生電路以接收調(diào)光信號； 單觸發(fā)電路，其輸入端電耦接至第一非門的輸出端；第一電流源；電容器，具有第一端和第二端，其中第一端電耦接至第一電流源，第二端接地； 第二開關(guān)管，與電容器并聯(lián)，其門極電耦接至單觸發(fā)電路的輸出端； 比較器，其同相輸入端電耦接至電容器的第一端，反相輸入端接收第二閾值；以及觸發(fā)器，其置位端電耦接至調(diào)光信號產(chǎn)生電路以接收調(diào)光信號，復位端電耦接至比較器的輸出端，輸出端提供調(diào)光處理信號。
4.如權(quán)利要求3所述的控制器，其中所述調(diào)光信號處理電路還包括 延時電路，電耦接在單觸發(fā)電路的輸出端和第二開關(guān)管的門極之間；采樣保持電路，電耦接至單觸發(fā)電路的輸出端和電容器的第一端，對電容器兩端電壓的峰值進行采樣和保持，產(chǎn)生采樣保持信號；以及分壓電路，電耦接至采樣保持電路，對采樣保持信號進行分壓，并將該分壓信號作為第二閾值提供至比較器的反相輸入端。
5.如權(quán)利要求1所述的控制器，還包括參考信號產(chǎn)生電路，電耦接在調(diào)光信號處理電路和開關(guān)控制電路之間，根據(jù)調(diào)光處理信號產(chǎn)生參考信號，其中該參考信號的平均值等于調(diào)光處理信號占空比與第一常數(shù)的乘積和第二常數(shù)之差，第一常數(shù)大于第二常數(shù)；其中開關(guān)控制電路根據(jù)參考信號和反饋信號，產(chǎn)生控制信號。
6.如權(quán)利要求5所述的控制器，其中所述參考信號產(chǎn)生電路包括第三開關(guān)管，包括第一端、第二端和門極，其中第一端接收第一電壓，門極電耦接至調(diào)光信號處理電路以接收調(diào)光處理信號；第二非門，其輸入端電耦接至調(diào)光信號處理電路以接收調(diào)光處理信號；以及第四開關(guān)管，包括第一端、第二端和門極，其中第一端電耦接至第三開關(guān)管的第二端以提供參考信號，第二端接收第二電壓，門極電耦接至第二非門的輸出端；其中第一電壓為正電壓，第二電壓為負電壓。
7.如權(quán)利要求5所述的控制器，其中所述開關(guān)控制電路包括誤差放大器，電耦接至參考信號產(chǎn)生電路，根據(jù)參考信號和反饋信號產(chǎn)生補償信號；以及邏輯電路，電耦接至誤差放大器，根據(jù)補償信號產(chǎn)生控制信號。
8.如權(quán)利要求7所述的控制器，其中所述開關(guān)控制電路還包括第三電流源，電耦接在誤差放大器的反相輸入端和地之間，其電流值受反饋信號控制；所述參考信號產(chǎn)生電路包括第二電流源，具有第一端和第二端，其中第一端電耦接至誤差放大器的反相輸入端； 第五開關(guān)管，具有第一端、第二端和門極，其中第一端電耦接至第二電流源的第二端， 第二端接地；第三非門，其輸入端電耦接至調(diào)光信號處理電路以接收調(diào)光處理信號，輸出端電耦接至第五開關(guān)管的門極；以及第四電流源，電耦接至誤差放大器的同相輸入端；其中第二電流源的電流值大于第四電流源的電流值。
9.一種LED驅(qū)動裝置，包括如權(quán)利要求1至10中任一項所述的用于LED驅(qū)動裝置的控制器。
10.一種用于LED驅(qū)動裝置的控制器，該LED驅(qū)動裝置包括可控硅調(diào)光器、整流橋和開關(guān)變換器，可控硅調(diào)光器接收交流輸入電壓并產(chǎn)生導通角受控的交流切相電壓，整流橋電耦接至可控硅調(diào)光器，對交流切相電壓進行整流并產(chǎn)生直流切相電壓，開關(guān)變換器電耦接至整流橋，包括至少一個開關(guān)管，通過該至少一個開關(guān)管的導通與關(guān)斷將直流切相電壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動信號以驅(qū)動LED，該控制電路包括調(diào)光信號產(chǎn)生電路，電耦接至可控硅調(diào)光器，根據(jù)交流切相電壓產(chǎn)生調(diào)光信號，該調(diào)光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調(diào)節(jié)且與交流切相電壓的導通角一一對應；參考信號產(chǎn)生電路，電耦接至調(diào)光信號產(chǎn)生電路，根據(jù)調(diào)光信號產(chǎn)生參考信號，其中該參考信號的平均值等于調(diào)光信號的占空比與第一常數(shù)的乘積和第二常數(shù)之差，第一常數(shù)大于第二常數(shù)；以及開關(guān)控制電路，電耦接至參考信號產(chǎn)生電路，根據(jù)參考信號和與流過LED的電流相關(guān)的反饋信號產(chǎn)生控制信號，以控制開關(guān)變換器中開關(guān)管的導通與關(guān)斷。
11.如權(quán)利要求10所述的控制器，其中所述參考信號產(chǎn)生電路包括第三開關(guān)管，包括第一端、第二端和門極，其中第一端接收第一電壓，門極電耦接至調(diào)光信號產(chǎn)生電路以接收調(diào)光信號；第二非門，其輸入端電耦接至調(diào)光信號產(chǎn)生電路以接收調(diào)光信號；以及第四開關(guān)管，包括第一端、第二端和門極，其中第一端電耦接至第三開關(guān)管的第二端以提供參考信號，第二端接收第二電壓，門極電耦接至第二非門的輸出端；其中第一電壓為正電壓，第二電壓為負電壓。
12.如權(quán)利要求10所述的控制器，其中所述開關(guān)控制電路包括誤差放大器，電耦接至參考信號產(chǎn)生電路，根據(jù)參考信號和反饋信號產(chǎn)生補償信號；以及邏輯電路，電耦接至誤差放大器，根據(jù)補償信號產(chǎn)生控制信號以控制開關(guān)變換器中開關(guān)管的導通與關(guān)斷。
13.如權(quán)利要求12所述的控制器，其中所述開關(guān)控制電路還包括第三電流源，電耦接在誤差放大器的反相輸入端和地之間，其電流值受反饋信號控制；所述參考信號產(chǎn)生電路包括第二電流源，具有第一端和第二端，其中第一端電耦接至誤差放大器的反相輸入端； 第五開關(guān)管，具有第一端、第二端和門極，其中第一端電耦接至第二電流源的第二端， 第二端接地；第三非門，其輸入端電耦接至調(diào)光信號產(chǎn)生電路以接收調(diào)光信號，輸出端電耦接至第五開關(guān)管的門極；以及第四電流源，電耦接至誤差放大器的同相輸入端；其中第二電流源的電流值大于第四電流源的電流值。
14.一種LED驅(qū)動方法，包括從可控硅調(diào)光器接收導通角受控的交流切相電壓； 對交流切相電壓進行整流，產(chǎn)生直流切相電壓； 通過開關(guān)變換器將直流切相電壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動信號以驅(qū)動LED ； 根據(jù)交流切相電壓產(chǎn)生調(diào)光信號，該調(diào)光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調(diào)節(jié)并與交流切相電壓的導通角一一對應；根據(jù)調(diào)光信號產(chǎn)生調(diào)光處理信號，該調(diào)光處理信號的占空比等于調(diào)光信號的占空比與一預設(shè)占空比之和；產(chǎn)生與流過LED的電流有關(guān)的反饋信號；以及根據(jù)調(diào)光處理信號和反饋信號產(chǎn)生控制信號，以控制開關(guān)變換器中開關(guān)管的導通與關(guān)斷。
15.如權(quán)利要求14所述的LED驅(qū)動方法，其中根據(jù)交流切相電壓產(chǎn)生調(diào)光信號的步驟包括采樣直流切相電壓并產(chǎn)生電壓采樣信號；以及將電壓采樣信號與第一閾值進行比較，產(chǎn)生調(diào)光信號。
16.如權(quán)利要求14所述的LED驅(qū)動方法，其中根據(jù)調(diào)光處理信號和反饋信號產(chǎn)生控制信號包括根據(jù)調(diào)光處理信號產(chǎn)生參考信號；以及根據(jù)參考信號與反饋信號產(chǎn)生控制信號；其中參考信號的平均值等于調(diào)光處理信號的占空比與第一常數(shù)的乘積和第二常數(shù)之差，第一常數(shù)大于第二常數(shù)。
17.如權(quán)利要求16所述的LED驅(qū)動方法，其中所述參考信號為交流脈沖信號，其占空比等于調(diào)光處理信號的占空比，該參考信號在高電平時段為正，在低電平時段為負。
18.一種LED驅(qū)動方法，包括從可控硅調(diào)光器接收導通角受控的交流切相電壓； 對交流切相電壓進行整流，產(chǎn)生直流切相電壓； 通過開關(guān)變換器將直流切相電壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動信號以驅(qū)動LED ； 根據(jù)交流切相電壓產(chǎn)生調(diào)光信號，該調(diào)光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調(diào)節(jié)并與交流切相電壓的導通角一一對應；根據(jù)調(diào)光信號產(chǎn)生參考信號，其中參考信號的平均值等于調(diào)光信號的占空比與第一常數(shù)的乘積和第二常數(shù)之差，第一常數(shù)大于第二常數(shù)； 產(chǎn)生與流過LED的電流有關(guān)的反饋信號；以及根據(jù)參考信號和反饋信號產(chǎn)生控制信號，以控制開關(guān)變換器中開關(guān)管的導通與關(guān)斷。
19.如權(quán)利要求18所述的LED驅(qū)動方法，其中根據(jù)交流切相電壓產(chǎn)生調(diào)光信號的步驟包括采樣直流切相電壓并產(chǎn)生電壓采樣信號；以及將電壓采樣信號與第一閾值進行比較，產(chǎn)生調(diào)光信號。
20.如權(quán)利要求18所述的LED驅(qū)動方法，其中所述參考信號為交流脈沖信號，其占空比等于調(diào)光信號的占空比，該參考信號在高電平時段為正，在低電平時段為負。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種LED驅(qū)動裝置和驅(qū)動方法以及控制器。該控制器包括調(diào)光信號產(chǎn)生電路，電耦接至可控硅調(diào)光器，根據(jù)交流切相電壓產(chǎn)生調(diào)光信號，該調(diào)光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調(diào)節(jié)且與交流切相電壓的導通角一一對應；調(diào)光信號處理電路，電耦接至調(diào)光信號產(chǎn)生電路，根據(jù)調(diào)光信號產(chǎn)生調(diào)光處理信號，該調(diào)光處理信號的占空比為調(diào)光信號的占空比與一預設(shè)占空比之和；以及開關(guān)控制電路，電耦接至調(diào)光信號處理電路，根據(jù)調(diào)光處理信號和與流過LED的電流相關(guān)的反饋信號產(chǎn)生控制信號，以控制開關(guān)變換器中開關(guān)管的導通與關(guān)斷。
文檔編號H05B37/02GK102497706SQ20111042282
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者俞宏霞, 蔡家利, 鄺乃興 申請人:成都芯源系統(tǒng)有限公司