CN103260286B - 具有调光功能的驱动***与调光控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有调光功能的驱动***与调光控制器。该驱动***包括变压器、发光组件、以及调光控制器。该变压器具有相电感耦合的一次侧绕组以及二次侧绕组。该二次侧绕组耦接于输出电源线与二次侧地端之间。该发光组件，由该输出电源线与该二次侧地端供电。该调光控制器耦接至该二次侧绕组，其依据该二次侧绕组的跨压，控制流经该发光组件的电流。因此，本发明的调光控制器通过适当的外在连接，在不一定需要有三只接脚的情况下，即能提供相位截断、脉冲宽度调变、以及模拟准位三种方式的调光功能。

Description

具有调光功能的驱动***与调光控制器

技术领域

本发明是关于针对发光组件的调光控制器与驱动***，尤指可以接受多种调光控制信号的调光控制器与驱动***。

背景技术

具备有调光功能的发光二极管(light-emitting diode,LED)驱动电路至少有三种可能的调光方式：相位截断(TRIAC)、脉波宽度调变(pulse-width modulation,PWM)、以及模拟准位(analog level)。现有控制芯片产品中，往往只有具备其中的一或二种方式。

图1显示一种现有技术的LED驱动电路，其具有返驰式结构(flyback topology)。其中的变压器有相电感耦合的一次侧绕组PRM、二次侧绕组SEC、以及辅助绕组AUX。如图所示，变压器大致隔离了一次侧电路与二次侧电路，彼此只有通过电感或电容的交流耦合，分别具有不同的一次侧接地线22与二次侧接地线24。功率因素改善(power factorcorrection，PFC)控制器26使功率开关34开路或是短路，以使变压器储能或释能。当变压器释能时，二次侧绕组SEC通过整流二极管，在输出电源线VDDL上建立输出电压V_DD。

多个发光二极管28串联于二次侧的输出电源线VDDL与二次侧接地线24之间。运算放大器30可以通过光耦合器36，提供定电压回馈机制，当发光二极管28为断路时，可使操作电压V_DD大致不超过定电压参考电压V_REF-CV所对应的一个值。运算放大器32以及电流侦测电阻RS，一样通过光耦合器36，提供一个定电流回馈机制。当发光二极管28发光时，定电流回馈机制使流经发光二极管28的电流，大约等于定电流参考电压V_REF-CC除以电流侦测电阻RS的电阻值的结果。

然而，一种相位截断(TRIAC)调光方法，是从一次侧着手。譬如说，用分压电路，使PFC控制器26来侦测输入电源线IN的输入电压V_IN。依据输入电压V_IN大约为0V跟超过0V的时间比例，来控制流经在二次侧的LED的电流。但是，这样的方法的LED电流控制精准度不高，而且也无法提供PWM以及模拟准位调光功能。

发明内容

本发明的实施例提供一种具有调光功能的驱动***，其包括变压器、发光组件、以及调光控制器。该变压器具有相电感耦合的一次侧绕组以及二次侧绕组。该二次侧绕组耦接于输出电源线与二次侧地端之间。该发光组件，由该输出电源线与该二次侧地端供电。该调光控制器耦接至该二次侧绕组，其依据该二次侧绕组的跨压，控制流经该发光组件的电流。

本发明的实施例提供一种调光控制器，形成于集成电路芯片。调光控制器包括相位截断控制接脚、调光控制接脚、以及处理电路。该相位截断控制接脚可耦接至变压器，用以接收感测信号。该调光控制接脚可用以接收调光信号。该处理电路，耦接于该相位截断控制接脚与该调光控制接脚之间，用以提供电流设定信号。该处理电路被架构成该调光信号对该电流设定信号影响的优先权，高于该感测信号对该电流设定信号影响的优先权。该电流设定信号可影响流经发光组件的电流。

附图说明

图1显示一种现有技术的LED驱动电路。

图2为依据本发明所实施的LED驱动电路的二次侧电路。

图3举例处理电路41中的内部电路。

图4则显示图1、图2与图3中的一些信号波形。

图5显示调光控制器40的接脚与外在组件的另一种连接，可以实现PWM调光。

图6显示调光控制器40的接脚与外在组件的另一种连接，可以实现模拟调光。图7显示调光控制器40_a的接脚与外在组件的连接，可以实现相位截断调光。图8、图9、图10显示调光控制器40_a的接脚与外在组件的三种连接，可以实现PWM与模拟准位的调光功能。

其中，附图标记说明如下：

18 LED电源供应器

22 一次侧接地线

24 二次侧接地线

26 PFC控制器

28 发光二极管

30、32 运算放大器

34 功率开关

36 光耦合器

40、40a 调光控制器

41 处理电路

42 调光相位侦测电路

44 参考信号提供电路

46、58、62 电阻

48、64 电容

50、52、56 电路

60 缓冲器

ANADIM 模拟调光控制接脚

AUX 辅助绕组

D1、D2、OS、OSF 端

DRV 驱动端

IFB 电流回馈接脚

IN 输入电源线

OUT 输出接脚

PRM 一次侧绕组

PWMDIM 脉波宽度调变调光接脚

PWM/ANADIM 接脚

RS 电流侦测电阻

SEC 二次侧绕组

S_PWMDIM 数字信号

TRCDIM 相位截断控制接脚

T_TRC-OFF 不供电时段

T_TRC-ON 供电时段

V_ANA 模拟调光信号

V_D1、V_D2 信号

VDD 输出电压

VDDL 输出电源线

V_DRV 驱动信号

VFB 电压回馈接脚

V_IN 输入电压

V_I-SET 电流设定信号

V_OS、V_OSF 电压

V_PWM PWM调光信号

V_REF-CC 定电流参考电压

V_REF-CV 定电压参考电压

V_STABLE 稳定值

V_TH 临界值

V_TOP 预设电压值

具体实施方式

图2为依据本发明所实施的LED驱动电路的二次侧电路，可以提供相位截断(TRIAC)、脉波宽度调变(pulse-width modulation，PWM)、以及模拟准位(analog level)三种方式的调光。图2中没有显示的一次侧电路可以以图1中的一次侧电路实施，或是用其它的一次侧电路实施，为业界具有普通技术人士可以得知，不再累述。如同图2所示，二次侧绕组SEC中的电流通过二极管整流后，在输出电源线VDDL上建立输出电压V_DD。输出电源线VDDL与二次侧接地线24一起对发光二极管28供电。

图2显示有调光控制器40。在以下实施例中，调光控制器40是单晶的集成电路芯片，形成在单晶的硅芯片上。依据本发明所实施的其它例子中的调光控制器，可以用离散组件所组合而成。

如同图2所示，调光控制器40有输出接脚OUT、电压回馈接脚VFB、电流回馈接脚IFB、模拟调光控制接脚ANADIM、脉波宽度调变调光接脚PWMDIM、以及相位截断控制接脚TRCDIM。调光控制器40中的运算放大器30与32连接方式类似图1中运算放大器30与32，为一种回馈电路，提供类似的定电压与定电流回馈机制。不同于图1中定值的定电流参考电压V_REF-CC，图2中的电流设定信号V_I-SET是由处理电路41，依据接脚TRCDIM、PWMDIM与ANADIM上的信号所产生与提供。在一实施例中，电流设定信号V_I-SET大约为模拟的电压信号，其值最大值为350mV、最小值为0mV。在另一个实施例中，电流设定信号V_I-SET为数字信号的电压信号，当逻辑值为”1”时，其电压值为350mV，逻辑值为”0”时，其电压值为0。

图2中，调光控制器40的接脚与外在组件的连接，可以实现相位截断调光。以调光控制器40来实现其它调光方式，将稍后解释。

处理电路41中具有调光相位侦测电路42与参考信号提供电路44。在图2中，调光相位侦测电路42，通过电阻46，耦接至二次侧绕组SEC。调光控制器40的接脚PWMDIM为浮接，不连接到外界组件。接脚ANADIM则连接到电容48。调光相位侦测电路42依据二次侧绕组SEC的跨压，于接脚PWMDIM上，产生数字信号S_PWMDIM。参考信号提供电路44依据数字信号S_PWMDIM，来提供电流设定信号V_I-SET。

图3举例处理电路41中的内部电路。图4则显示图1、图2与图3中的一些信号波形。由上而下，图4中的波形分别对应在图1中驱动端DRV上的驱动信号V_DRV、图1中线输入IN上的输入电压V_IN、在图2中二次侧绕组SEC的一端OS上的电压V_OS、图3中端D1上的信号V_D1、图3中端D2上的信号V_D2、以及图3中的电流设定信号V_I-SET。

图1中的PFC控制器26从驱动端DRV，以驱动信号V_DRV开关功率开关34。如同图4所示，输入电压V_IN的电压值大致沿着被整流后的正弦波(sinuous wave)变化，但在某个相位，因为相位截断调光，所以快速的掉落至0V。

当功率开关34被开启时，电压V_OS(等于二次侧绕组SEC的跨压)会是一个负值的反射电压，大约比例于图1中当时一次侧绕组PRM的跨压，也就是输入电压V_IN。当功率开关34被关闭而变压器放电时，二次侧绕组SEC对输出电源线VDDL充电，所以电压V_OS会被大约箝制在输出电压V_DD。因此，如同图4所示，电压V_OS会上下变化，且大致被局限在操作电压V_DD以及比例于输入电压V_IN的负电压之间。

图3中的电路50，通过接脚TRCDIM，用以大略地抓取电压VOS中为负值的部分，转换成正值，同时进行些许的低通滤波，而在端D1上产生信号V_D1，如同图4所示。从图4中也可以看出，信号V_D1的波形大致重现了输入电压V_IN的波形。在图2中，连接于二次侧绕组SEC与接脚TRCDIM之间的电阻46电阻值，可以用来决定信号V_D1对输入电压V_IN的电压比例。

既然信号V_D1大致就是输入电压V_IN，图3中的电路52就可以大致判断出在当下的相位截断调光所期望定义出的供电时段T_TRC-ON与不供电时段T_TRC-OFF。举例来说，电路52可以是比较器，比较信号V_D1与临界值V_TH，据以在端D2上产生数字信号V_D2，如同图4所示。当接脚PWMDIM为浮接时，接脚PWMDIM上的数字信号S_PWMDIM大约等同数字信号V_D2。

在另一个实施例中，调光相位侦测电路42依据电压V_OS-出现负电压的间隔周期来判断出在当下的相位截断调光所期望定义出的供电时段T_TRC-ON与不供电时段T_TRC-OFF。举例来说，通过接脚TRCDIM，调光相位侦测电路42发现电压V_OS经历了一段预设时间(譬如500ns)都没有出现相当的负值，就大致可以判定当下属于不供电时段T_TRC-OFF，调光相位侦测电路42就使数字信号V_D2为逻辑上的”0”；否则，当下属于供电时段T_TRC-ON，调光相位侦测电路42就使数字信号V_D2为逻辑上的”1”。这预设时间，至少是一次侧功率开关34的最大开关周期。换言之，当功率开关34经历一次开关周期后，电压V_OS都没有出现相当的负值，就可以代表当时的输入电压V_IN大约等于0，所以当下应该是被相位截断调光所不供电时段T_TRC-OFF。

当接脚ANADIM外接电容时，如同图2的实施例所示，图3中的参考信号提供电路44等同低通滤波器，把数字信号S_PWMDIM进行低通滤波，而提供电流设定信号V_I-SET。在图3的实施例中，电流设定信号V_I-SET追寻的稳定值V_STABLE，大约可以用以下公式I计算出。

V_STABLE＝V_TOP*T_TRC-ON/(T_TRC-ON+T_TRC-OFF) ……I

其中，V_TOP显示于图3中，有预设电压值，譬如说是350mV。如同图4所示，电流设定信号V_I-SET最后大约会稳定在稳定值V_STABLE。

如同图2所显示与解释的，电流设定信号V_I-SET通过定电流回馈机制，大约控制了流经发光二极管28的电流。电流设定信号V_I-SET大致对应了相位截断调光所大概定义出的供电时段T_TRC-ON与不供电时段T_TRC-OFF的滤波结果，所以调光控制器40实现了相位截断调光的功能。

图5显示调光控制器40的接脚与外在组件的另一种连接，可以实现PWM调光。在一实施例中，电路56可以选择性地取代图2中的电阻46，其可以禁止相位截断调光的功能。电路56有负电压低通滤波器，随着输入电压V_IN的变化，可以大略的维持在端OSF的电压V_OSF为负值，让调光相位侦测电路42一直判定当下是供电时段T_TRC-ON，所以禁止了相位截断调光。外界数字的PWM调光信号V_PWM从接脚PWMDIM输入。PWM调光信号V_PWM的低通滤波结果，产生了电流设定信号V_I-SET，其准位，会大约对应PWM调光信号V_PWM的工作周期(duty cycle)。由图5可以看出，电阻58的介入，使得PWM调光信号V_PWM对于电流设定信号V_I-SET的影响，优先于端D2上的数字信号V_D2对于电流设定信号V_I-SET的影响。

图6显示调光控制器40的接脚与外在组件的另一种连接，可以实现模拟调光。在此实施例中，接脚TRCDIM与二次侧绕组SEC的一端OS中间有电阻46，接脚PWMDIM为浮接，外来的模拟调光信号V_ANA直接从接脚ANADIM输入，作为电流设定信号V_I-SET。由图6可以看出，所以只要模拟调光信号V_ANA有出现，电流设定信号V_I-SET就会是等于模拟调光信号V_ANA，不论接脚TRCDIM与PWMDIM上的信号为何。综合言之，对于电流设定信号V_I-SET的影响的优先级排列，由最先开始，分别是模拟调光信号V_ANA、PWMDIM上的信号、与接脚TRCDIM上的信号。

依据本发明所实施例调光控制器，不一定需要有三只接脚，来分别提供相位截断(TRIAC)、PWM、以及模拟准位三种方式的调光功能。图7例举了调光控制器40_a，其以两只接脚(TRCDIM与PWM/ANADIM)，来提供一样的三种调光功能。

图7中，调光控制器40_a的接脚与外在组件的连接，可以实现相位截断调光。以调光控制器40_a来实现其它调光的连接，将稍后解释。

调光控制器40_a中的处理电路41已经于先前其它的实施例有解释了，不再累述。调光控制器40_a具有缓冲器60，其输入连接到接脚PWM/ANADIM，输出可以产生电流设定信号V_I-SET。在此实施例中，如果接脚PWM/ANADIM的输入信号，其电压超过某特定值，则缓冲器60的驱动力为0，电流设定信号V_I-SET完全由处理电路41所决定。如果接脚PWM/ANADIM的输入信号，其电压在某特定范围内，则缓冲器60具有相当大的驱动力，主控电流设定信号V_I-SET，使其几乎不受处理电路41所影响。举例来说，在本说明书的实施例中，如果接脚PWM/ANADIM的输入电压超过400mV时，缓冲器60的驱动力变为0；当接脚PWM/ANADIM的输入电压介于0V到350mV时，电流设定信号V_I-SET的电压值会大约等于接脚PWM/ANADIM上的电压值。

在图7中，接脚PWM/ANADIM的电压约等于电源线VDD的电压，超过400mV，所以缓冲器60等同没有作用。因此，处理电路41将会如同先前所介绍的，通过接脚TRCDIM以及二次侧绕组来侦测输入电压V_IN的相位，决定供电时段T_TRC-ON与不供电时段T_TRC-OFF，并施以低通滤波来产生电流设定信号V_I-SET，实现了相位截断调光的功能。

图8中，调光控制器40_a的接脚与外在组件的连接，可以实现PWM与模拟准位的调光功能。PWM调光信号V_PWM或模拟调光信号V_ANA直接灌入接脚PWM/ANADIM。只要PWM调光信号V_PWM或模拟调光信号V_ANA的电压值介于0V到350mV，电流设定信号V_I-SET会忠实的反映PWM调光信号V_PWM与模拟调光信号V_ANA。当接脚PWM/ANADIM接收的是模拟调光信号V_ANA时，模拟调光信号V_ANA的准位等同设定了流经发光二极管28的电流值，达到了模拟准位的调光功能。当接脚PWM/ANADIM接收的数字的PWM调光信号V_PWM时，尽管电流设定信号V_I-SET也会呈现相对应的数字信号，但是功率因素改善(power factor correction,PFC)控制器26与周边电路所架构成的PFC电源供应器，其本身的封闭回路频宽大约会是10～16Hz，所以可以对PWM调光信号V_PWM的结果进行低通滤波，使流经发光二极管28的电流值大约稳定于一个调光后的值，达到了PWM的调光功能。

图9中，调光控制器40_a的接脚与外在组件的连接，可以实现PWM与模拟准位的调光功能。图9中，连接到接脚PWM/ANADIM上的电阻62与电容64，等同低通滤波器。当数字的PWM调光信号V_PWM输入到电阻62的一端时，接脚PWM/ANADIM上会出现相对应的模拟调光信号，达到一样的PWM的调光功能。至于电阻62的一端接收模拟调光信号V_ANA的情形，则与图8中的情形类似，不再累述。

图10中，调光控制器40_a的接脚与外在组件的连接，也可以实现PWM与模拟准位的调光功能。万一信号源所提供的PWM调光信号V_PWM与模拟调光信号V_ANA的电压准位超过了缓冲器60可以接受的范围时，可能需要把PWM调光信号V_PWM与模拟调光信号V_ANA降压之后，才提供给接脚PWM/ANADIM。因此，图10中以两个电阻，用以将PWM调光信号V_PWM或模拟调光信号V_ANA降压，以在接脚PWM/ANADIM上提供具有适当准位的相对应的信号。

如同以上实施例所解释的，通过适当的外在连接，调光控制器40_a可以提供相位截断(TRIAC)、PWM、以及模拟准位三种方式的调光功能。类似的，关于调光控制器40_a，对于电流设定信号V_I-SET的影响的优先级排列，由最先开始，是接脚PWM/ANADIM上的信号，然后是接脚TRCDIM上的信号。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种具有调光功能的驱动***，包括：

变压器，具有相电感耦合的一次侧绕组以及二次侧绕组，该二次侧绕组耦接于输出电源线与二次侧地端之间，该输出电源线相对于该二次侧地端具有正电压；

发光组件，由该输出电源线与该二次侧地端供电；以及

该驱动***的特征在于还包括：

调光控制器，耦接至该二次侧绕组，其依据该二次侧绕组的跨压为负电压的间隔周期，决定一电流设定信号，以控制流经该发光组件的电流。

2.如权利要求1所述的驱动***，其特征在于，另包括：

电流侦测器，用以侦测流经该发光组件的该电流，以提供电流反馈信号；

该调光控制器包括：

处理电路，耦接至该二次侧绕组，用以提供该电流设定信号；以及

反馈电路，依据该电流反馈信号以及该电流设定信号，来控制该电流。

3.如权利要求1所述的驱动***，其特征在于，该调光控制器包括：

调光相位侦测电路，通过电阻，耦接至该二次侧绕组，依据该二次侧绕组的该跨压，产生数字信号；以及

参考信号提供电路，依据该数字信号，提供该电流设定信号；

其中，该电流设定信号是用以控制流经该发光组件的该电流。

4.如权利要求3所述的驱动***，其特征在于，该参考信号提供电路低通滤波该数字信号，以产生该电流设定信号。

5.如权利要求1所述的驱动***，其特征在于，该调光控制器是集成电路，包括：

相位截断控制接脚，通过电阻，耦接至该二次侧绕组；

调光控制接脚，用以接收调光信号；以及

处理电路，连接于该相位截断控制接脚与该调光控制接脚之间，用以提供该电流设定信号；

其中，该电流设定信号是用以控制流经该发光组件的该电流。

6.如权利要求5所述的驱动***，其特征在于，该调光信号是模拟调光信号或是脉波宽度调变调光信号。

7.如权利要求5所述的驱动***，其特征在于，该调光信号是模拟调光信号，该调光控制器另包括：

脉波宽度调变调光接脚；

调光相位侦测电路，耦接于该相位截断控制接脚与该脉波宽度调变调光接脚之间，依据该二次侧绕组的该跨压，产生数字信号；以及

参考信号提供电路，依据该数字信号，提供该电流设定信号。

8.如权利要求5所述的驱动***，其特征在于，该调光控制接脚外接滤波电容。

9.如权利要求1所述的驱动***，其特征在于，该发光组件为多个发光二极管。

10.一种调光控制器，形成于集成电路芯片且应用于一具有调光功能的驱动***，该调光控制器的特征在于包括：

相位截断控制接脚，耦接至变压器，用以接收感测信号；

调光控制接脚，用以接收调光信号；以及

处理电路，耦接于该相位截断控制接脚与该调光控制接脚之间，用以提供电流设定信号，其中，该处理电路被架构成该调光信号对该电流设定信号影响的优先权，高于该感测信号对该电流设定信号影响的优先权；

其中，该电流设定信号影响流经发光组件的电流。

11.如权利要求10所述的调光控制器，其特征在于，该调光信号是模拟调光信号，该调光控制器另包括：

脉波宽度调变调光接脚；

调光相位侦测电路，耦接于该相位截断控制接脚与该脉波宽度调变调光接脚之间，依据该驱动***所包括的变压器的二次侧绕组的跨压，产生数字信号；以及

参考信号提供电路，依据该数字信号，提供该电流设定信号。

12.如权利要求11所述的调光控制器，其特征在于，该电流设定信号对应该数字信号的平均值。

13.如权利要求10所述的调光控制器，其特征在于，另包括：

电流反馈接脚，用以接收电流反馈信号，其代表流经发光组件的电流；以及

反馈电路，依据该电流反馈信号以及该电流设定信号，来控制该电流。

14.如权利要求13所述的调光控制器，其特征在于，另包括：

输出接脚，受该反馈电路所驱动，外接至光耦合器。