CN105722285B - 用于双向可控硅调光器的光源驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于双向可控硅调光器的光源驱动电路，包括整流器、电源转换器、调光控制器和光源模块。整流器用于对来自双向可控硅调光器的交流电压进行整流并产生整流电压。电源转换器与所述整流器耦合，用于接收所述整流电压并提供输出电流给光源模块供电。调光控制器用于根据所述整流电压控制所述电源转换器，以调整所述输出电流。光源模块包括具有第一颜色的第一光源、具有第二颜色的第二光源以及与所述第一光源和所述第二光源耦合的电流分配单元。电流分配单元根据所述输出电流调节流经所述第一光源的电流和流经所述第二光源的电流。本发明的光源驱动电路可以通过双向可控硅调光器同时调节光源的亮度和颜色。

Description

用于双向可控硅调光器的光源驱动电路

技术领域

本发明涉及一种光源驱动电路，尤其涉及一种利用双向可控硅调光器调节光源的亮度和颜色的光源驱动电路。

背景技术

众所周知，发光二极管(LED)光源相较于传统白炽灯具有节能环保、发光效率高、使用寿命长等优点。因此，用LED光源取代白炽灯是当前发展的必然趋势。LED灯泡是LED灯具中的一种，它具有与传统白炽灯相似的外形和大小，灯泡内部包括LED光源和控制芯片。利用现有的电灯开关，如传统的开/关调光器(on/off switch dimmer)或者双向可控硅调光器(TRIAC dimmer)，一般只能控制LED灯泡的开或者关，或者控制灯泡的亮度，而无法调节灯光的颜色。如果需要调节灯光的颜色，则需要利用特殊的开关或者遥控器。

发明内容

本发明提供了一种光源驱动电路，包括整流器、电源转换器、调光控制器和光源模块。整流器用于对来自双向可控硅调光器的交流电压进行整流并产生整流电压。电源转换器与所述整流器耦合，用于接收所述整流电压并提供输出电流给光源模块供电。调光控制器用于根据所述整流电压控制所述电源转换器，以调整所述输出电流。光源模块包括具有第一颜色的第一光源、具有第二颜色的第二光源以及与所述第一光源和所述第二光源耦合的电流分配单元。电流分配单元根据所述输出电流调节流经所述第一光源的电流和流经所述第二光源的电流。

本发明还提供了一种光源驱动电路，包括整流器、电源转换器、调光控制器和分流通路。整流器用于对来自双向可控硅调光器的交流电压进行整流并产生整流电压。电源转换器与所述整流器耦合，用于接收所述整流电压并提供输出电流给光源模块供电。调光控制器用于根据所述整流电压控制所述电源转换器，以调整所述输出电流。分流通路经由所述整流器与所述双向可控硅调光器耦合，为所述双向可控硅调光器提供擎住电流和维持电流。所述分流通路包括第一电阻、与所述第一电阻并联的二极管、与所述第一电阻和所述二极管串联的电容以及与所述第一电阻和所述二极管串联的第二电阻。

本发明的一方面提供的光源驱动电路可以通过双向可控硅调光器同时调节光源的亮度和颜色。本发明的另一方面提供的光源驱动电路可以利用改进的分流通路将流经双向可控硅调光器的电流维持在较高的水平，从而避免了伴随传统分流通路的光源闪烁现象。

附图说明

以下通过结合本发明的一些实施例及其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。

图1所示为根据本发明一个实施例的光源驱动电路的电路示意图；

图2所示为图1所示光源驱动电路的波形图；

图3所示为图1中光源模块的结构示意图；

图4所示为根据本发明一个实施例的光源驱动电路的电路示意图；

图5所示为图4所示光源驱动电路的波形图；

图6所示为根据本发明另一个实施例的光源驱动电路的电路示意图；以及

图7所示为根据本发明又一个实施例的光源驱动电路的电路示意图。

具体实施方式

以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖后附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

图1所示为根据本发明一个实施例的光源驱动电路100的电路示意图。在图1的例子中，光源驱动电路100包括与双向可控硅调光器104耦合的整流器108、调光控制器110、电源转换器112以及光源模块118。双向可控硅调光器104接收电源102提供的交流输入电压V_IN并输出交流电压V_TRIAC。整流器108将来自双向可控硅调光器104的交流电压V_TRIAC进行整流并产生整流电压V_REC。电源转换器112接收整流电压V_REC并为光源模块118提供输出电流I_OUT，以给光源模块118供电。调光控制器110根据整流电压V_REC控制电源转换器112以调整输出电流I_OUT，从而调节光源118的亮度。在一个实施例中，光源驱动电路100还包括为双向可控硅调光器104提供擎住电流(latching current)和维持电流(holding current)的分流通路114。分流通路114经由整流器108与双向可控硅调光器104耦合。

双向可控硅调光器104包括耦合于电源102和整流器108之间的三端可控硅206。三端可控硅206具有第一电极A1、第二电极A2和栅极G。双向可控硅调光器104还包括串联连接的可调电阻208和电容210，以及双向触发二极管212。双向触发二极管212一端与电容210相连，另一端与三端可控硅206的栅极相连。三端可控硅206是一种双向开关，当触发后可以双向导通电流。当有正电压或负电压施加于栅极G时，三端可控硅206可以被触发。分流通路114在三端可控硅206触发后为三端可控硅206提供擎住电流，且在三端可控硅206触发后的导通期间为三端可控硅206提供维持电流。触发后，三端可控硅206持续导通，直到流经三端可控硅206的电流减小到其所需要的维持电流之下。换言之，三端可控硅206被触发后，为了保持三端可控硅206导通，流经其的电流需要大于或等于其所需要的维持电流，否则三端可控硅206将关闭。

图2所示为图1所示光源驱动电路100的波形图。图2中的波形包括交流输入电压V_IN、三端可控硅206电极A1和A2之间的电压V_A2-A1、双向触发二极管212的电流I_DIAC、双向可控硅调光器104产生的交流电压V_TRIAC和整流器108产生的整流电压V_REC。在图2的例子中，交流输入电压V_IN是正弦波。图2将结合图1进行描述。

初始时刻(例如在时刻T₀至T₁间)，三端可控硅206关闭，电极A1和A2之间的电压V_A2-A1随交流输入电压V_IN增大。在时刻T₁，电容210两端的电压差使得双向触发二极管212导通。双向触发二极管212导通产生的电流脉冲作用于三端可控硅206的栅极，使得三端可控硅206导通，从而将交流输入电压V_IN传递至整流器108，三端可控硅206上有电流流过。在交流输入电压V_IN前半周期(例如在时刻T₀至T₂间)将结束时的时刻T₂，因为流经三端可控硅206的电流减小至维持电流之下，三端可控硅206关闭。在交流输入电压V_IN后半周期(例如在时刻T₂至T₄间)，当电容210上的电压差使得双向触发二极管212导通时(例如在时刻T₃)，三端可控硅206再次导通。通过增大或减小可调电阻208的阻值，可以调节电容210充电电流的大小，从而调整双向触发二极管212的导通角。因此，可调电阻208的阻值最终决定了三端可控硅206的导通角。整流器108将交流电压V_TRIAC的负值部分的波形转换为对应的正值部分波形以产生整流电压V_REC。

图3所示为图1中光源模块118的结构示意图,图3将结合图1进行描述。光源模块118包括第一光源121、第二光源122。第一光源121可以是具有第一种颜色(如冷光)的第一发光二极管链。第二光源122可以是具有第二种颜色(如暖光)的第二发光二极管链。光源模块118还包括与第一光源121和第二光源122耦合的电流分配单元120，用于根据输出电流I_OUT调节流经第一光源121的电流和流经第二光源122的电流。电流分配单元120包括监测单元302、控制单元304和电流调整单元306。在一个实施例中，电流调整单元306包括限流单元308。监测单元302与第一光源121和第二光源122耦合，用于提供指示输出电流I_OUT大小的监测信号。电流调整单元306与第二光源122耦合。控制单元304与监测单元302以及电流调整单元306耦合，根据监测信号控制电流调整单元306以调节流经第二光源122的电流。限流单元308用于限制流经第二光源122的最大电流。

图4所示为根据本发明一个实施例的光源驱动电路400的电路示意图。图5所示为图4所示光源驱动电路400的波形图。图4将结合图5进行描述。图4中与图1标号相同的部件具有类似的功能。光源驱动电路400包括与双向可控硅调光器104耦合的整流器108、调光控制器110、电源转换器112、分流通路114以及光源模块118。

在图4的例子中，分流通路114包括相互并联的电阻408和二极管406，以及与电阻408和二极管406串联的电容404和电阻407。二极管406的阳极与电容404耦合，二极管406的阴极通过电阻407与地耦合。当电容404充电时二极管406导通，电阻408被短路，充电电流流经电容404、二极管406和电阻407到地，电容404的充电电流不受电阻408的影响，因此双向可控硅调光器104的触发也不会受到影响。当电容404放电时，二极管406反偏，放电电流从地流经电阻407、电阻408和电容404。因为受电阻408的影响，电容404的放电电流减小。相比不含电阻408和二极管406的传统分流通路，图4中的分流通路114包括相互并联的电阻408和二极管406，能减小电容404的放电电流而不影响电容404的充电电流。当电容404放电时，流入电源转换器112的电流是电容404的放电电流和流经双向可控硅调光器104的电流两者之和，在负载消耗电流一定的前提下，流入电源转换器112的电流也一定。因此，电容404的放电电流减小会导致流经双向可控硅调光器104的电流增大。换言之，本发明图4的例子中的分流通路114可以将流经双向可控硅调光器104的电流维持在较高的水平，使流经双向可控硅调光器104的电流大于其所需要的维持电流，从而避免了光源的闪烁现象。

在图4的例子中，电源转换器112是包括开关408、二极管412、电容410和电感414的升压-降压转换器。调光控制器110的端口包括端口HV、端口COMP、端口VDD、端口FB、端口GATE、端口GND和端口CS。端口HV与整流器108耦合，接收指示整流电压V_REC的信号V_REC’。信号V_REC’可以和信号V_REC成比例。在一个实施例中，调光控制器110包括参考信号产生模块(图4中未示出)。参考信号产生模块根据端口HV接收到的V_REC’信号产生参考信号REF(图4中未示出)。参考信号REF的电压值可以指示双向可控硅调光器104的导通角。参考图2，如果用户调节双向可控硅调光器104使其导通角减小，则V_TRIAC波形中导通时刻T₁在一个周期波形中的位置后移，参考信号REF电压值减小。如果用户调节双向可控硅调光器104使其导通角增大，则双向可控硅调光器104产生的交流电压V_TRIAC波形中导通时刻T₁在一个周期波形中的位置前移，参考信号REF的电压值增大。本领域的技术人员可以理解，参考信号产生模块可以采用不同的已知的实现方式。比如在一个实施例中，参考信号产生模块包括RC滤波器，用于对V_REC’信号进行滤波以产生参考信号REF。在另一个实施例中，参考信号产生模块包括积分器，用于对V_REC’信号进行积分以产生参考信号REF。在又一个实施例中，参考信号产生模块包括模/数转换器和数/模转换器，用于对V_REC’信号进行数字采样和变换以产生参考信号REF。调光控制器110根据参考信号REF产生驱动信号，通过端口GATE输出驱动信号来控制开关408，从而调节电源转换器112输出给光源模块118的输出电流I_OUT。因此，当用户调节双向可控硅调光器104时，输出电流I_OUT随之改变，光源模块118的整体亮度也相应改变。

在图4的例子中，光源模块118包括第一光源和第二光源。第一光源可以是具有第一种颜色(如冷光)的第一发光二极管链LED1。第二光源可以是具有第二种颜色(如暖光)的第二发光二极管链LED2。光源模块118还包括与发光二极管链LED1、LED2耦合的电流分配单元，用于根据输出电流I_OUT调节流经发光二极管链LED1的电流I_LED1和流经发光二极管链LED2的电流I_LED2。在图4的例子中，电流分配单元包括监测单元(例如电阻R44)、控制单元(例如晶体管Q41)和电流调整单元(例如包括晶体管Q42和电阻R43，其中电阻R43作为限流单元)。电阻R44与发光二极管链LED1、LED2耦合，用于提供指示输出电流I_OUT的监测信号。晶体管Q42与发光二极管链LED2耦合，用于调节流经发光二极管链LED2的电流I_LED2。晶体管Q41与电阻R44以及晶体管Q42耦合，用于根据监测信号控制晶体管Q42以调节流经发光二极管链LED2的电流I_LED2。如果忽略流经电阻R43的电流，流经发光二极管链LED1的电流I_LED1为输出电流I_OUT与流经发光二极管链LED2的电流I_LED2的差值,因此调节流经发光二极管链LED2的电流即可实现发光二极管链LED1、LED2的电流分配，从而相应地调节流经发光二极管链LED1的电流I_LED1。电阻R43与晶体管Q42耦合，用于限制流经发光二极管链LED2的最大电流。具体而言，如图4所示，电阻R44与发光二极管链LED1、LED2均耦合，流经发光二极管链LED1的电流I_LED1和流经发光二极管链LED2的电流I_LED2均流过电阻R44，电阻R44两端的电压V_R44是可指示输出电流I_OUT的监测信号，电压V_R44的值与输出电流I_OUT的大小近似成比例。电阻R44耦合于晶体管Q41的基极和射极之间，晶体管Q41的导通状态由电压V_R44决定。晶体管Q42的集电极与发光二极管链LED2耦合，射极与电阻R44耦合。此外，晶体管Q42的基极与晶体管Q41的集电极耦合于一个共同点，电阻R43耦合于该共同点和发光二极管链LED1、LED2的阳极之间。

下面以用户减小双向可控硅调光器104的导通角为例，结合图4和图5对光源驱动电路400进行说明。在一个实施例中，发光二极管链LED1的正向压降大于发光二极管链LED2的正向压降，电阻R44的电阻值被配置为：当双向可控硅调光器104的导通角为最大值时，电阻R44两端电压V_R44大于门限值VBE__SAT，其中门限值V_BE__SAT是与晶体管Q41物理特性相关的门限值。如果晶体管Q41的基极-射极电压V_BE大于门限值V_{BE_SAT}，晶体管Q41位于饱和区。图5中示出了电阻R44两端电压V_R44、晶体管Q41的基极电流I_{Q41_B}、晶体管Q41的集电极电流I_{Q41_C}、晶体管Q42的基极电流I_{Q42_B}、发光二极管链LED1的电流I_LED1和发光二极管链LED2的电流I_LED2的波形。

如图5所示，如果用户调节双向可控硅调光器104，使其导通角从最大值开始逐渐减小(例如在时刻t₀至t₁间)，则流经电阻R44的电流减小，电压V_R44随时间t减小。在电压V_R44下降到门限值V_{BE_SAT}之前，例如在时刻t₀至t₁间，晶体管Q41位于饱和区，完全导通，因此使得晶体管Q42的基极和射极反偏，晶体管Q42处于截止区。在这段区间内，产生冷光的发光二极管链LED1导通，产生暖光的发光二极管链LED2关闭，光源模块118产生冷光。当电压V_R44减小到门限值V_{BE_SAT}(例如在时刻t₁)，晶体管Q41开始进入放大区，随着晶体管Q42的基极-射极电压差增大，晶体管Q42也进入放大区，发光二极管链LED1和发光二极管链LED2均导通，光源模块118产生冷光和暖光的混合输出。在时刻t₁至t₂间，随着双向可控硅调光器104的导通角减小，发光二极管链LED1的电流减小，发光二极管链LED2的电流增大，并且输出电流I_OUT减小，光源模块118的输出从冷光逐渐向暖光过渡。当输出电流I_OUT减小到与发光二极管链LED2的电流I_LED2相等(例如在时刻t₂)，发光二极管链LED1关闭，发光二极管链LED2仍然导通，光源模块118输出暖光。直到双向可控硅调光器104的导通角进一步减小，例如在时刻t₃，双向可控硅调光器104不能被成功触发从而关闭，发光二极管链LED2关闭。从发光二极管链LED1的电流I_LED1和发光二极管链LED2的电流I_LED2波形可以看出，随着双向可控硅调光器104的导通角减小，光源模块118的亮度总体上在减小。

图4的例子中，电阻R43被用作限流单元。由图4可以看出，晶体管Q42的基极电流I_{Q42_B}与流经电阻R43的电流成比例。如果电阻R43的阻值较大，流经电阻R43的电流较小，则晶体管Q42的基极电流I_{Q42_B}较小。根据晶体管的特性，晶体管Q42的集电极电流(即流经发光二极管链LED2的电流I_LED2)与晶体管Q42的基极电流I_{Q42_B}有以下关系：

I_LED2＝β*I_{Q42_B}(1)

其中，β为晶体管Q42的基极与集电极电流放大系数。因此，通过调整电阻R43的阻值，可以限制发光二极管链LED2的最大电流。

图6所示为根据本发明另一个实施例的光源驱动电路600的电路示意图，图6中与图4标号相同的部件具有类似的功能。图4中的晶体管(例如晶体管Q41、Q42)采用了NPN型的三极管作为示例，而图6中的晶体管(例如晶体管Q61、Q62)采用了PNP型的三极管作为示例。本领域的技术人员可以理解其电路原理与图4类似，在此不再赘述。

图7所示为根据本发明又一个实施例的光源驱动电路700的电路示意图，图7中与图4标号相同的部件具有类似的功能。光源驱动电路700与图4中的光源驱动电路400类似，区别在于，光源驱动电路700采用与发光二极管链LED1并联的分压单元702作为监测单元，用于提供指示输出电流I_OUT的监测信号。分压单元702包括串联的电阻R76和R72，其中电阻R72两端的电压作为监测信号。因为发光二极管链LED1导通时，其电流I_LED1与其两端的电压成指数关系，而电阻R72两端的电压与发光二极管链LED1两端的电压成比例；另一方面，如果输出电流I_OUT较大，电流I_LED1也较大。因此电阻R72两端的电压能够指示输出电流I_OUT的大小。

图8所示为根据本发明又一个实施例的光源驱动电路800的电路示意图，图8中与图4标号相同的部件具有类似的功能。光源驱动电路800与图4中的光源驱动电路400类似，区别在于，在图8的例子中，光源驱动电路800采用了反激变换器作为电源转换器112。反激变换器包括变压器806、二极管802和电容804。

如前所述，本发明提供了一种光源驱动电路。本发明披露的光源驱动电路可以与双向可控硅调光器配合使用，用户可以利用传统的双向可控硅调光器同时调节光源的亮度和颜色，而不需要使用特殊的调光器或遥控器。

上文具体实施方式和附图仅为本发明的常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露的实施例仅用于说明而非限制，本发明的范围由所附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前的描述。

Claims (11)

1.一种光源驱动电路，其特征在于，所述光源驱动电路包括：

整流器，用于对来自双向可控硅调光器的交流电压进行整流并产生整流电压；

与所述整流器耦合的电源转换器，用于接收所述整流电压并提供输出电流；

调光控制器，用于根据所述整流电压控制所述电源转换器，以调整所述输出电流；以及

与所述电源转换器耦合并由所述输出电流供电的光源模块，其中，所述光源模块包括：

具有第一颜色的第一光源；

具有第二颜色的第二光源；以及

与所述第一光源和所述第二光源耦合的电流分配单元，用于根据所述输出电流调节流经所述第一光源的电流和流经所述第二光源的电流，其中，所述电流分配单元包括：与所述第一光源和所述第二光源耦合的监测单元，用于提供指示所述输出电流的监测信号；与所述监测单元耦合的控制单元；以及与所述第二光源耦合的电流调整单元，其中所述控制单元根据所述监测信号控制所述电流调整单元，以调节流经所述第二光源的电流。

2.根据权利要求1所述的光源驱动电路，其特征在于，

所述第一光源是第一发光二极管链，所述第二光源是第二发光二极管链，且所述第一发光二极管链的正向压降大于所述第二发光二极管链的正向压降。

3.根据权利要求1所述的光源驱动电路，其特征在于，所述光源驱动电路还包括：

分流通路，其一端经由所述整流器与所述双向可控硅调光器耦合并且另一端与地耦合，用于为所述双向可控硅调光器提供擎住电流和维持电流，所述分流通路包括：

第一电阻；

与所述第一电阻并联的二极管；

与并联的所述第一电阻和所述二极管相串联的电容；以及

与并联的所述第一电阻和所述二极管相串联的第二电阻。

4.根据权利要求3所述的光源驱动电路，其特征在于，

当所述电容充电时，充电电流流经所述二极管和所述第二电阻；当所述电容放电时，放电电流流经所述第二电阻和所述第一电阻。

5.根据权利要求1所述的光源驱动电路，其特征在于，所述电流调整单元还包括：

限流单元，用于限制流经所述第二光源的最大电流。

6.根据权利要求1所述的光源驱动电路，其特征在于，

所述监测单元包括与所述第一光源和所述第二光源均耦合的第三电阻，流经所述第一光源的电流和流经所述第二光源的电流均流过所述第三电阻，其中，所述监测信号包括所述第三电阻两端的电压；

所述控制单元包括与所述第三电阻耦合的第一晶体管，所述第一晶体管的导通状态由所述第三电阻两端的电压所控制；

所述电流调整单元包括与所述第一晶体管耦合的第二晶体管，所述第二晶体管在所述第一晶体管的控制下调节流经所述第二光源的电流。

7.根据权利要求6所述的光源驱动电路，其特征在于，

如果所述第三电阻两端的电压大于第一门限值，则所述第一晶体管工作于饱和区，所述第一光源点亮，所述第二晶体管断开，所述第二光源关闭。

8.根据权利要求1所述的光源驱动电路，其特征在于，

所述监测单元包括与所述第一光源并联的分压单元，所述分压单元包括串联的第四电阻和第五电阻，其中，所述监测信号包括所述第五电阻两端的电压；

所述控制单元包括与所述分压单元耦合的第一晶体管，所述第一晶体管的导通状态由所述第五电阻两端的电压所控制；

所述电流调整单元包括与所述第一晶体管耦合的第二晶体管，所述第二晶体管在所述第一晶体管的控制下调节流经所述第二光源的电流。

9.根据权利要求8所述的光源驱动电路，其特征在于，

如果所述第五电阻两端的电压大于第一门限值，则所述第一晶体管工作于饱和区，所述第一光源点亮，所述第二晶体管断开，所述第二光源关闭。

10.一种光源驱动电路，其特征在于，所述光源驱动电路包括：

整流器，用于对来自双向可控硅调光器的交流电压进行整流并产生整流电压；

与所述整流器耦合的电源转换器，用于接收所述整流电压并为光源模块提供输出电流；

调光控制器，用于根据所述整流电压控制所述电源转换器，以调整所述输出电流；以及

分流通路，其一端经过所述整流器与所述双向可控硅调光器耦合并且另一端与地耦合，用于为所述双向可控硅调光器提供擎住电流和维持电流，所述分流通路包括：

第一电阻；

与所述第一电阻并联的二极管；

与并联的所述第一电阻和所述二极管相串联的电容；以及

与并联的所述第一电阻和所述二极管相串联的第二电阻。

11.根据权利要求10所述的光源驱动电路，其特征在于，

当所述电容充电时，充电电流流经所述二极管和所述第二电阻；当所述电容放电时，放电电流流经所述第二电阻和所述第一电阻。