CN102612227B - 一种混合调光电路及其混合调光方法 - Google Patents

一种混合调光电路及其混合调光方法 Download PDF

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Abstract

依据本发明的一种混合调光电路及其混合调光方法，其在PWM调光模式的基础上，在一定的导通角范围内，加入了模拟调光模式，优化了其调光曲线，使LED驱动电路的输出电流上升比较缓慢，避免了PWM调光方案起始端输入电流不断上升导致的问题。

Description

一种混合调光电路及其混合调光方法
技术领域
本发明涉及一种应用于驱动灯负载的调光电路，具体的说更涉及一种可控硅的混合调光电路及其混合调光方法。
背景技术
LED是一种固态电光源，是一种半导体照明器件，其电学特性具有很强的离散型。它具有体积小，机械强度大，功耗低，寿命长，便于调节控制及无污染等特征，是一种有极大发展前景的新型光源产品。LED调光方法的实现方法分为模拟调光和数字调光。
其中，模拟调光通过改变LED回路中电流的大小来实现对LED亮度的调节，但是从图1所示的模拟调光电路的调光曲线可以看出，模拟调光在可调节的电流范围内，可调档位受到限制；当可控硅整流元件的导通角θ减小时，其输出端电流Iout下降过快将导致在低导通角度时的输入电流降低，在功率较小时，会导致三端双向可控硅提前关断，并影响其下一周期的导通时间，造成输出电流突变，LED灯闪烁；同时，对模拟调光而言，比较器是不可或缺的器件之一，由于比较器自身固有的回差特性，因此无法获得一个较小的调光比例。
数字调光即PWM调光通过改变高低电平的占空比来任意改变LED的开启时间，从而使得亮度可调节的档位增多。在PWM调光中，LED正向电流以减少的占空比在0％至100％间转换，以进行亮度控制。然而，PWM调光信号的频率必须大于100Hz，以免出现闪烁或抖动。图2所示的PWM调光电路的调光曲线可以看出，当可控硅整流元件的导通角θ减小，所述PWM控制信号的占空比也随之减小时，其输出端电流Iout下降缓慢，导致在调光角度较小时，如导通角度小于15％时，由于输入功率依然较高，输入电流迅速变大，导致控制器开环，无法控制输入电流的大小；同时，由于输入电流的不断变大，输入电容无法起到缓冲的效果，导致输入电容发生震荡。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种混合调光方法及其混合调光电路，其在PWM调光模式的基础上，在一定的导通角范围内，加入了模拟调光模式，优化了其调光曲线，使LED驱动电路的输出电流上升比较缓慢，避免了PWM调光方案起始端输入电流不断上升导致的问题。
依据本发明的一优选实施例的一种混合调光方法，用以驱动一灯负载，包括以下步骤：
接收外部正弦交流电源，并将其转换为一缺相的直流电压信号；
接收所述缺相的直流电压信号，检测其导通角，并相应的产生表征所述导通角的第一控制信号；
根据所述第一控制信号产生一模拟调光信号；
根据所述模拟调光信号以及负载的输出反馈信号产生一PWM调光信号；
当所述缺相的直流电压信号的导通角大于一阈值角时，采用PWM调光方法对所述灯负载的亮度进行调节；
当所述缺相的直流电压信号的导通角小于所述阈值角时，利用PWM调光方法和模拟调光方法共同对所述灯负载的亮度进行调节；
且当所述第一控制信号为无效状态时，PWM调光电路不工作，当所述第一控制信号为有效状态时，所述PWM调光电路开始工作，以对所述灯负载进行调光。
进一步的，所述模拟调光方法包括：当所述缺相的直流电压信号的导通角大于所述阈值角时，控制所述模拟调光信号为一预设值；当所述缺相的直流电压信号的导通角小于所述阈值角时，控制所述模拟调光信号为一变量。
优选的，所述阈值角为90度。
依据本发明的一优选实施例的一种混合调光电路，其接收一交流电源，经过可控硅整流电路以及整流桥处理后得到一缺相的直流电压信号，根据所述缺相的直流电压信号的导通角控制功率级电路的工作状态，以在主电路的输出端产生一定的输出电压和输出电流来驱动一灯负载，包括：
一导通角检测电路，用以接收所述缺相的直流电压信号，并产生一表征其导通角的第一控制信号；
一模拟调光电路，与所述导通角检测电路连接，用以接收所述第一控制信号，并输出一模拟调光信号；当所述导通角大于一阈值角时，所述模拟调光信号为一预设值；当所述导通角小于所述阈值角时，所述模拟调光信号为一变量；
一PWM调光电路，与所述模拟调光电路连接，用以接收所述模拟调光信号，并输出一PWM控制信号用以控制功率级电路的工作状态；且当所述第一控制信号为无效状态时，所述PWM调光电路不工作，当所述第一控制信号为有效状态时，所述PWM调光电路开始工作，以对所述灯负载进行调光。
进一步的，所述导通角检测电路包括：第一电阻、第二电阻，第一晶体管和第二晶体管；其中，
所述第一电阻和第二电阻串联连接后，一端连接至地，另一端接收所述缺相的直流电压信号，其公共连接点连接至所述第一晶体管的控制端；所述第一晶体管的第一端连接至所述第二晶体管的控制端，其公共连接点连接至一外加电源；所述第一晶体管和第二晶体管的第二端均接地，所述第二晶体管的第一端通过一电阻接收所述缺相的直流电压信号；所述第二晶体管第一端的电压作为所述第一控制信号。
进一步的，所述模拟调光电路包括：
均值电路，对所述第一控制信号进行均值处理以获得一表征所述导通角的均值信号；所述导通角为所述阈值角时对应的均值信号为基准信号；
比较和箝位电路，将所述基准信号与所述均值信号比较，当所述均值信号大于所述基准信号时，对所述均值信号进行箝位，其输出的所述模拟调光信号为所述预设值，当所述均值信号小于所述基准信号时，其输出的所述模拟调光信号随所述均值信号的减小而减小，以控制所述灯负载的亮度随之减小。
进一步的，所述PWM调光电路包括：
比较电路，用以比较所述模拟调光信号和表征所述灯负载的电流信号，并输出一反馈控制信号；
PWM信号发生电路，接收所述反馈控制信号以输出所述PWM控制信号。
优选的，所述阈值角为90度。
附图说明
图1所示为PWM调光电路的调光曲线图；
图2所示为模拟调光电路的调光曲线图；
图3所示为依据本发明的一优选实施例的混合调光方法的流程图；
图4所示为依据本发明的混合调光电路的第一实施例的原理框图；
图5所示为依据本发明的混合调光电路的第二实施例的原理框图；
图6所示为图5中导通角检测电路的工作波形图；
图7所示为图5中均值电路、比较和箝位电路的原理框图；
图8所示为所述模拟调光信号与导通角θ的关系曲线；
图9所示为图5所示的依据本发明的混合调光电路的调光曲线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
以下结合具体实施例详细说明依据本发明的混合调光方法。
结合图3所示的依据本发明的一优选实施例的混合调光方法的流程图来详细说明本发明。在该实施例中混合调光方法包括以下步骤：
S301：接收外部正弦交流电源，并将其转换为一缺相的直流电压信号；
S302：接收所述缺相的直流电压信号，检测其导通角，并相应的产生表征所述导通角的第一控制信号；
S303：根据所述第一控制信号产生一模拟调光信号；
S304：根据所述模拟调光信号以及负载的输出反馈信号产生一PWM调光信号；
S305：当所述缺相的直流电压信号的导通角大于一阈值角时，采用PWM调光方法对所述灯负载的亮度进行调节；
S306：当所述缺相的直流电压信号的导通角小于所述阈值角时，利用PWM调光方法和模拟调光方法共同对所述灯负载的亮度进行调节；
S307：当所述第一控制信号为无效状态时，PWM调光电路不工作；
S308：当所述第一控制信号为有效状态时，所述PWM调光电路开始工作，以对所述灯负载进行调光。
其中，所述模拟调光方法进一步包括：当所述缺相的直流电压信号的导通角大于所述阈值角时，控制所述模拟调光信号为一预设值；当所述缺相的直流电压信号的导通角小于所述阈值角时，控制所述模拟调光信号为一变量。
在本实施例中，所述阈值角优选为90度。
参考图4，所示为依据本发明的混合调光电路的第一实施例的原理框图；其接收一交流电源，经过可控硅整流电路输出一缺相的交流电源信号Vacin，再经过整流桥将其转换为一缺相的直流电压信号Vdcin，根据所述缺相的直流电压信号Vdcin的导通角控制功率级电路的工作状态，以在主电路的输出端产生一定的输出电压和输出电流来驱动一灯负载，所述混合调光电路包括：
导通角检测电路401，用以接收所述缺相的直流电压信号Vdcin，并产生一表征其导通角的第一控制信号Vctrl；
模拟调光电路402，与所述导通角检测电路401连接，用以接收所述第一控制信号Vctrl，当所述导通角大于一阈值角时，其输出的模拟调光信号Iref为一预设值；当所述导通角小于所述阈值角时，其输出的所述模拟调光信号Iref为一变量。
PWM调光电路403，与所述模拟调光电路402连接，用以接收所述模拟调光信号Iref，并输出一PWM控制信号用以控制功率级电路的工作状态；且当所述第一控制信号Vctrl为无效状态时，所述PWM调光电路403不工作，当所述第一控制信号Vctrl为有效状态时，所述PWM调光电路403开始工作，以对所述灯负载进行调光。
图5所示的依据本发明的混合调光电路的第二实施例，其具体描述了图4所示实施例中各电路的具体实现方式。在本实施例中，所述其中所述阈值角优选为90度。
所述导通角检测电路501包括：第一电阻R1、第二电阻R2，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2；其中，
所述第一电阻R1和第二电阻R2串联连接后，一端连接至地，另一端接收所述缺相的直流电压信号Vdcin，其公共连接点连接至所述第一晶体管Q1的控制端；所述第一晶体管Q1的第一端连接至所述第二晶体管Q2的控制端，其公共连接点连接至一外加电源VDD；所述第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的第二端均接地，所述第二晶体管Q2的第一端通过一电阻R3接收所述缺相的直流电压信号Vdcin；所述第二晶体管Q1的第一端的电压作为所述第一控制信号Vctrl。其中所述导通角检测电路的工作波形图如图6所示。
其中所述第一电阻R1与第二电阻R2对所述缺相的直流电压信号Vdcin进行分压，图中A点处的电压为
Figure BDA0000141851450000061
所述导通角的起始相角对应的输入电压值与
Figure BDA0000141851450000062
的乘积作为所述第一晶体管Q1的导通阈值，在起始导通相角时刻，所述第一晶体管Q1导通，从而将所述第二晶体管Q2的控制端的电压拉低，导致所述第二晶体管Q2关断，所述第一控制信号Vctrl变为低电平。在截止相角时刻，所述第一晶体管Q1关断，所述第二晶体管Q2控制端的电压为所述外加电源VDD，从而所述第二晶体管Q2关断，此时所述第一控制信号Vctrl变为高电平。从图中可以看出所述第一控制信号Vctrl的脉宽对应于所述导通角θ。另外，在实际应用中，由于输出的所述第一控制信号Vctrl高电平状态时的电压幅值较大，一般将其通过一整形电路以降低其幅值后输出。
所述模拟调光电路502包括均值电路504以及比较和箝位电路505，其中，所述均值电路504对所述第一控制信号Vctrl进行均值处理以获得一表征所述导通角θ的均值信号Vavg；所述导通角为所述90度时对应的均值信号为基准信号Va-ref；所述比较和箝位电路505，将所述基准信号Va-ref与所述均值信号Vavg比较，当所述均值信号Vavg大于所述基准值Va-ref时，即所述导通角θ大于阈值角90度时，对所述均值信号Vavg进行箝位，其输出的所述模拟调光信号Iref为所述预设值，当所述均值信号Vavg小于所述基准信号Va-ref时，即所述导通角θ小于阈值角90度时，其输出的所述模拟调光信号Iref随所述均值信号Vavg的减小而减小，以控制所述灯负载的亮度随之减小。其中所述均值电路504和所述比较和箝位电路505的具体实施方式可如图7所示。其中
所述均值电路对接收到的所述第一控制信号Vctrl进行反相处理后，输入至一推挽电路的上下管的控制端，所述推挽电路连接至电压源Vs1和地之间，所述推挽电路的输出经过RC滤波电路滤波后得到所述均值信号Vavg。
所述比较和箝位电路接收所述均值信号Vavg并将其输入至比较器的反相输入端，所述比较器的同相输入端接收一三角波，所述三角波的幅值大小等于所述基准信号Va-ref，利用比较器对将所述基准信号Va-ref与所述均值信号Vavg进行比较和箝位，所述比较器的输出经过一推挽电路的均值处理以后，再经过一RC滤波电路的滤波处理后，输出所述模拟调光信号Iref。所述模拟调光信号Iref随导通角θ的变化曲线如图8所示。
所述PWM调光电路503包括比较电路506和PWM信号发生电路507；
所述比较电路506包括一比较器，其同相相输入端接收所述模拟调光信号Iref，反相输入端接收一表征所述灯负载的电流信号Iout的电流反馈信号Ifb，，所述比较电路506比较所述模拟调光信号Iref和所述电流反馈信号Ifb，并相应的输出所述反馈控制信号Vcomp，
PWM信号发生电路，接收所述反馈控制信号Vcomp以输出所述PWM控制信号。当所述第一控制信号Vctrl为无效状态时，所述PWM调光电路503不工作，即所述功率级电路中的开关管处于关断状态，而当所述第一控制信号Vctrl为有效状态时，所述PWM调光电路503开始工作，所述功率级电路中的开关管的开关动作由所述PWM控制信号所控制，以对所述灯负载进行调光。
从图5所示实施例可以看出，采用混合调光电路在输入电压一定的导通角范围内，采用PWM调光方法，根据所述表征导通角的第一控制信号决定功率级电路的工作与否，在导通角小于一定的阈值角后，加入模拟调光，通过改变PWM调光电路中的比较电路的参考值以参与调光工作。图5所示实施例中混合调光电路的调光曲线如图9所示，由于采用了混合调光方法，相比与PWM调光曲线，在导通角的起始范围内，输出电流Iout上升比较缓慢，避免了PWM调光方案起始端输入电流不断上升导致的问题。
以上对依据本发明的优选实施例的混合调光电路进行了详尽描述，本领域普通技术人员据此可以推知其他技术或者结构以及电路布局、元件等均可应用于所述实施例。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种混合调光方法，用以驱动一灯负载，包括：
接收外部正弦交流电源，并将其转换为一缺相的直流电压信号；
接收所述缺相的直流电压信号，检测其导通角，并相应的产生表征所述导通角的第一控制信号；
根据所述第一控制信号产生一模拟调光信号；
根据所述模拟调光信号以及负载的输出反馈信号产生一PWM调光信号；
当所述缺相的直流电压信号的导通角大于一阈值角时，采用PWM调光方法对所述灯负载的亮度进行调节；当所述缺相的直流电压信号的导通角小于所述阈值角时，控制所述模拟调光信号为一变量；
当所述缺相的直流电压信号的导通角小于所述阈值角时，利用PWM调光方法和模拟调光方法共同对所述灯负载的亮度进行调节；
且当所述第一控制信号为无效状态时，PWM调光电路不工作，当所述第一控制信号为有效状态时，所述PWM调光电路开始工作，以对所述灯负载进行调光。
2.根据权利要求1所述的混合调光方法，其特征在于，所述模拟调光方法进一步包括：当所述缺相的直流电压信号的导通角大于所述阈值角时，控制所述模拟调光信号为一预设值。
3.根据权利要求1所述的混合调光方法，其特征在于，所述阈值角为90度。
4.一种混合调光电路，其接收一交流电源，经过可控硅整流电路以及整流桥处理后得到一缺相的直流电压信号，根据所述缺相的直流电压信号的导通角控制功率级电路的工作状态，以在主电路的输出端产生一定的输出电压和输出电流来驱动一灯负载，其特征在于，包括：
一导通角检测电路，用以接收所述缺相的直流电压信号，并产生一表征其导通角的第一控制信号；
一模拟调光电路，与所述导通角检测电路连接，用以接收所述第一控制信号，并输出一模拟调光信号；当所述导通角大于一阈值角时，所述模拟调光信号为一预设值；当所述导通角小于所述阈值角时，所述模拟调光信号为一变量；
一PWM调光电路，与所述模拟调光电路连接，用以接收所述模拟调光信号，并输出一PWM控制信号用以控制功率级电路的工作状态；且当所述第一控制信号为无效状态时，所述PWM调光电路不工作，当所述第一控制信号为有效状态时，所述PWM调光电路开始工作，以对所述灯负载进行调光。
5.根据权利要求4所述的混合调光电路，其特征在于，所述导通角检测电路包括：第一电阻、第二电阻，第一晶体管和第二晶体管；其中，
所述第一电阻和第二电阻串联连接后，一端连接至地，另一端接收所述缺相的直流电压信号，其公共连接点连接至所述第一晶体管的控制端；所述第一晶体管的第一端连接至所述第二晶体管的控制端，其公共连接点连接至一外加电源；所述第一晶体管和第二晶体管的第二端均接地，所述第二晶体管的第一端通过一电阻接收所述缺相的直流电压信号；所述第二晶体管第一端的电压作为所述第一控制信号。
6.根据权利要求4所述的混合调光电路，其特征在于，所述模拟调光电路包括：
均值电路，对所述第一控制信号进行均值处理以获得一表征所述导通角的均值信号；所述导通角为所述阈值角时对应的均值信号为基准信号；
比较和箝位电路，将所述基准信号与所述均值信号比较，当所述均值信号大于所述基准信号时，对所述均值信号进行箝位，其输出的所述模拟调光信号为所述预设值，当所述均值信号小于所述基准信号时，其输出的所述模拟调光信号随所述均值信号的减小而减小，以控制所述灯负载的亮度随之减小。
7.根据权利要求4所述的混合调光电路，其特征在于，所述PWM调光电路包括：
比较电路，用以比较所述模拟调光信号和表征所述灯负载的电流信号，并输出一反馈控制信号；
PWM信号发生电路，接收所述反馈控制信号以输出所述PWM控制信号。
8.根据权利要求4所述的混合调光电路，其特征在于，所述阈值角为90度。
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