CN112672460A - 用于控制光源模块的控制器及方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于控制光源模块的控制器及方法。控制器包括：与电源耦合的电流输入端口，用于接收来自电源的输入电能；与调光器耦合的信号输入端口，用于接收来自调光器的调光信号；第一控制端口，用于根据色温调节信号调节光源模块中的第一光源的平均电流；第二控制端口，用于根据色温调节信号调节光源模块中的第二光源的平均电流；以及电流监测端口，用于监测流经第一光源的电流和流经第二光源的电流，其中，控制器根据调光信号的占空比产生亮度调节信号以调节光源模块的总电流，并根据调光信号的频率产生色温调节信号。本发明的控制器可以对外部输入的调光信号进行分析并实现对光源模块亮度和颜色的调节，从而减少光源驱动电路的部件数量和待机功耗。

Description

用于控制光源模块的控制器及方法

技术领域

本发明涉及光源驱动电路，尤其涉及控制器及控制光源模块的方法。

背景技术

发光二极管(Light-Emitting Diode，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。一种传统的LED光源驱动电路中包括两个控制芯片，一个控制芯片用于调节光源的亮度，另一个用于调节光源的颜色。因传统的LED光源驱动电路采用了两个独立的控制芯片，其制造成本比较高，而且待机功耗也较高。

发明内容

本发明提供了一种用于控制光源模块的控制器。该控制器包括：与电源耦合的电流输入端口，用于接收来自电源的输入电能；与调光器耦合的信号输入端口，用于接收来自调光器的调光信号；与光源模块中第一光源耦合的第一控制端口，用于根据色温调节信号调节第一光源的平均电流；与光源模块中第二光源耦合的第二控制端口，用于根据色温调节信号调节第二光源的平均电流；以及与光源模块耦合的电流监测端口，用于监测流经第一光源的电流和流经第二光源的电流，其中，控制器根据调光信号的占空比产生亮度调节信号以调节光源模块的总电流，并根据调光信号的频率产生色温调节信号。

本发明还提供了一种用于控制光源模块的方法。该方法包括：接收来自调光器的调光信号；根据调光信号的占空比产生亮度调节信号以调节光源模块的总电流；根据调光信号的频率产生色温调节信号；以及根据色温调节信号调节第一光源的平均电流和第二光源的平均电流。

本发明的控制器可以对外部输入的调光信号进行分析并实现对光源模块亮度和颜色的调节，从而减少光源驱动电路的部件数量和待机功耗。

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示意图；

图2所示为根据本发明一个实施例的控制器的示意图；

图3所示为根据本发明一个实施例的控制器中的参考信号产生单元的示意图；

图4所示为根据本发明一个实施例的控制器中的频率侦测单元的示意图；

图5所示为根据本发明一个实施例的频率侦测单元的运作方式流程图；以及

图6所示为根据本发明一个实施例的对光源模块进行控制的方法流程图。

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，本发明涵盖所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的示意图。光源驱动电路100包括光源模块130和控制器110。控制器110通过整流器106接收来自电源102的输入电能并为光源模块130供电。电源开关104耦合于整流器106和电源102之间。光源模块130包含第一光源111和第二光源112。电容C1与第一光源111并联，电容C2与第二光源112并联。在一个实施例中，第一光源111和第二光源112是具有不同色温的LED链。

光源驱动电路100还包括稳压器132和调光器134。稳压器132为调光器134提供合适的工作电压。调光器134可以是无线模块，比如蓝牙模块、WiFi模块、红外模块等。调光器134接收移动终端、遥控器或有线控制器发送的控制信号，并根据该控制信号产生调光信号DIMIN。在一个实施例中，该调光信号DIMIN是脉冲宽度调制信号。控制器110可以根据该调光信号DIMIN调节光源模块130的亮度和颜色，也可以根据指示电源开关104的导通/断开状态的开关监测信号SWMON调节光源模块130的亮度和颜色。

控制器110的端口包括电流输入端口DRAIN、开关监测端口VDD、信号输入端口DIM、第一控制端口SW1、第二控制端口SW2、电流监测端口CS以及端口ZCD。电流输入端口DRAIN通过整流器106与电源102耦合，用于接收来自电源102的输入电能。开关监测端口VDD与电源开关104耦合，用于接收指示电源开关104的导通/断开状态的开关监测信号SWMON。在一个实施例中，开关监测信号SWMON即监测端口VDD上的电压。开关监测端口VDD同时也作为控制器110的电源端口，从开关监测信号SWMON接收来自电源102的电能。信号输入端口DIM与调光器134耦合，用于接收来自调光器134的调光信号DIMIN。电流监测端口CS通过电阻109和电感L1与光源模块130耦合，用于监测流经第一光源111的电流和流经第二光源112的电流。第一控制端口SW1与第一光源111耦合，用于根据色温调节信号调节第一光源111的平均电流。第二控制端口SW2与第二光源112耦合，用于根据色温调节信号调节第二光源112的平均电流。控制器110可根据调光信号DIMIN的频率产生色温调节信号，也可根据开关监测信号SWMON产生色温调节信号。控制器110通过第一控制端口SW1和第二控制端口SW2，根据色温调节信号分别控制第一光源111的平均电流和第二光源112的平均电流从而调节光源模块130的颜色。控制器110可根据调光信号DIMIN的占空比产生亮度调节信号，也可根据开关监测信号SWMON产生亮度调节信号。控制器110根据亮度调节信号调节光源模块130的总电流，从而调节光源模块130的亮度。

图2所示为根据本发明一个实施例的图1中控制器110的示意图。图2将结合图1描述。控制器110包括与第一控制端口SW1耦合的第一开关Q1、与第二控制端口SW2耦合的第二开关Q2、耦合于电流输入端口DRAIN与电流监测端口CS之间的第三开关Q3、以及与开关Q1、Q2、Q3耦合的逻辑控制模块208。逻辑控制模块208通过控制第三开关Q3调节光源模块130的总电流，通过控制第一开关Q1调节第一光源111的平均电流，通过控制第二开关Q2调节第二光源112的平均电流。控制器110还包括信号分析模块202、开关监测模块224、稳压模块212、电流检测单元220、误差放大器222、锯齿波信号产生单元214和比较器216。

信号分析模块202与信号输入端口DIM耦合，根据调光信号DIMIN的占空比产生亮度调节信号ADJ，根据调光信号DIMIN的频率产生色温调节信号CTRL。信号分析模块202包括参考信号产生单元204和频率侦测单元206。参考信号产生单元204根据调光信号DIMIN的占空比产生亮度调节信号ADJ。在一个实施例中，亮度调节信号ADJ的电压与调光信号DIMIN的占空比成正比。频率侦测单元206根据调光信号DIMIN的频率产生色温调节信号CTRL。

开关监测模块224与开关监测端口VDD耦合。在一个实施例中，开关监测模块224包括触发监测单元230和计数单元232。触发监测单元230根据开关监测信号SWMON产生触发信号DIMCLK。在一个实施例中，每当电源开关104断开，触发信号DIMCLK会出现一个负脉冲。计数单元232储存计数值，并根据触发信号DIMCLK更新计数值。控制器110根据计数单元232的计数值产生亮度调节信号ADJ和色温调节信号CTRL，其中每个计数值对应一个预设的亮度调节信号ADJ和色温调节信号CTRL的组合。因此，通过操作电源开关102(比如先断开电源开关102然后在预设时间长度内再次接通)便可以同时调节光源模块130的亮度和颜色。在图2的例子中，控制器110中的开关监测模块224可以根据计数单元232的计数值产生亮度调节信号ADJ和色温调节信号CTRL。在另一个例子中，信号分析模块202可以接收计数单元232的计数值并根据计数值产生亮度调节信号ADJ，开关监测模块224可以根据计数单元232的计数值产生色温调节信号CTRL。

电流检测单元220与电流监测端口CS耦合，检测第一光源111和第二光源112的电流，即流经第一开关Q1的电流和第二开关Q2的电流。如果第一开关Q1导通，电流检测单元220检测流经第一开关Q1的电流。如果第二开关Q2导通，电流检测单元220检测流经第二开关Q2的电流。如果第一开关Q1和第二开关Q2均导通，电流检测单元220检测流经第一开关Q1的电流与流经第二开关Q2的电流之和。

在一个实施例中，色温调节信号CTRL为数字信号，逻辑控制模块110包括解码单元(图2中未示出)。解码单元接收色温调节信号CTRL，并根据色温调节信号CTRL产生第一脉冲宽度调制信号CT1和第二脉冲宽度调制信号CT2。逻辑控制模块208利用第一脉冲宽度调制信号CT1和第二脉冲宽度调制信号CT2分别控制第一开关Q1和第二开关Q2的占空比，从而调节第一光源111的平均电流和第二光源112的平均电流。在一个实施例中，色温调节信号CTRL设置为8-bit数字信号，可以有256个值，且色温调节信号CTRL的值设置为与调光信号DIMIN的频率成正比。解码单元根据色温调节信号CTRL的值决定第一脉冲宽度调制信号CT1和第二脉冲宽度调制信号CT2的占空比。在一个实施例中，第一脉冲宽度调制信号CT1的占空比与色温调节信号CTRL的值成正比，而第二脉冲宽度调制信号CT2的占空比与色温调节信号CTRL的值成反比。在一个实施例中，第一光源111为冷光LED链，第二光源112为暖光LED链，如果调光信号DIMIN的频率增大，则色温调节信号CTRL的值相应增大，第一脉冲宽度调制信号CT1的占空比增大而第二脉冲宽度调制信号CT2的占空比减小。因此，第一光源111的平均电流增大，第二光源112的平均电流减小，光源模块130的整体颜色从暖光向冷光转换。

控制器110根据亮度调节信号ADJ产生第三脉冲宽度调节信号CT3，并利用第三脉冲宽度调节信号CT3控制耦合于电源102和光源模块130之间的第三开关Q3，从而调节所述光源模块130的总电流。具体而言，误差放大器222将电流检测单元220的输出信号与亮度调节信号ADJ比较，并输出误差信号至比较器216。比较器216将误差信号和锯齿波信号产生单元214输出的锯齿波信号SAW进行比较，将比较结果输出至逻辑控制模块208。逻辑控制模块208根据该比较结果产生第三脉冲宽度调制信号CT3控制第三开关Q3的占空比，从而调节光源模块130的总电流。

当第三开关Q3导通，来自电源102的电流从电流输入端口DRAIN流经第三开关Q3、电流监测端口CS、电阻109、电感L1到地。在此期间电感L1储能。当第三开关Q3断开且第一开关Q1导通时，电感L1放电，电流从电感L1的一端流经第一光源111、第一控制端口SW1、第一开关Q1、电流监测端口CS至电感L1的另一端。当第三开关Q3断开且第二开关Q2导通时，电感L1放电，电流从电感L1的一端流经第二光源112、第二控制端口SW2、第二开关Q2、电流监测端口CS至电感L1的另一端。

当光源驱动电路100处于待机模式时，稳压模块212检测端口ZCD上的电压并根据该电压产生控制信号FB。逻辑控制模块208根据控制信号FB间歇性的导通第三开关Q3以对电感L1充电，从而使得图1中电容C0上的电压足以启动稳压器132。稳压器132为调光器134提供合适的工作电压，使得调光器134即便在光源驱动电路100处于待机模式时也能随时接收控制信号FB并产生调光信号DIMIN。

图3所示为根据本发明一个实施例的图2中的参考信号产生单元204的示意图。参考信号产生单元204包括运算放大器303、第一开关301、第二开关302、电容304和电阻305。运算放大器303的正端接收参考电压V1，运算放大器303的负端与运算放大器303的输出端耦合。第一开关301耦合于所述运算放大器303的输出端与电阻305的第一端之间。第二开关302耦合于电阻305的第一端与地之间。电容304耦合于电阻305的第二端与地之间。第一开关301由调光信号DIMIN控制。第二开关302由将调光信号DIMIN反相得到的信号DIMIN_A控制，因此第二开关302的状态与第一开关301的状态互补，即第二开关302导通时第一开关301关闭，第二开关302关闭时第一开关301导通。亮度调节信号ADJ根据电容304上的电压产生。如果调光信号DIMIN的占空比增大，则电容304上的电压增大，亮度调节信号ADJ的电压也相应增大。因此，亮度调节信号ADJ的电压与调光信号DIMIN的占空比成正比。

图4所示为根据本发明一个实施例的图2中的频率侦测单元206的示意图。频率侦测单元206包括用于对调光信号DIMIN中的脉冲进行计数的第一计数器401和第二计数器402，与第一计数器401和第二计数器402耦合的比较单元404，与比较单元404耦合的使能单元403，以及与比较单元404耦合的编码单元405。比较单元404将第一计数器401的第一计数值与第二计数器402的第二计数值之间之间的差别(该差别为第一计数值与第二计数值之间的差值的绝对值)与预设值进行比较，使能单元406根据比较单元404的比较结果选择性地使能第一计数器401和第二计数器402。频率侦测单元206利用编码单元405产生色温调节信号CTRL。在一个实施例中，编码单元405先根据第一计数值产生色温调节信号CTRL，如果第一计数值与第二计数值之间的差别大于预设值，则编码单元405根据第二计数值产生色温调节信号CTRL。

图5所示为根据本发明一个实施例的图4中频率侦测单元206的运作方式流程图500。图5将结合图4描述。

步骤501，使能单元406产生使能信号ENA使能第一计数器401，第一计数器401对调光信号DIMIN中的脉冲个数进行计数并产生第一计数值。

步骤502，编码单元405根据第一计数值产生色温调节信号CTRL。

步骤503，使能单元406产生使能信号ENB使能第二计数器402，第二计数器402对调光信号DIMIN中的脉冲个数进行计数并产生第二计数值。

步骤504，比较单元404将第一计数值和第二计数值之间的差别与预设值比较，如果该差别大于预设值则流程图转到步骤505，否则流程图返回步骤503。

步骤505，编码单元405根据第二计数值产生色温调节信号CTRL。

步骤506，使能单元406产生使能信号ENA使能第一计数器401，第一计数器401对调光信号DIMIN中的脉冲个数进行计数并产生第一计数值。

步骤507，比较单元404将第一计数值和第二计数值之间的差别与预设值比较，如果该差别大于预设值则流程图转到步骤508，否则流程图返回步骤506。

步骤508，编码单元405根据第一计数值产生色温调节信号CTRL，并且流程图返回步骤503。

如前所述，频率侦测单元206中两个计数器401和402对调光信号DIMIN中的脉冲个数交替地进行计数，并在两个计数值之间的差别大于预设值时更新色温调节信号CTRL。这样的好处是，调光信号DIMIN频率的小幅度波动或者因为计数周期误差导致的计数值变化不会造成色温调节信号CTRL的变化。

图6所示为根据本发明一个实施例的对光源模块进行电能控制的方法流程图600，该光源模块130包括第一光源111和第二光源112。

在步骤602中，控制器110接收来自调光器134的调光信号DIMIN。

在步骤604中，控制器110根据调光信号DIMIN的占空比产生亮度调节信号以调节光源模块130的总电流。

在步骤606中，控制器110根据调光信号DIMIN的频率产生色温调节信号。

在步骤608中，控制器110根据色温调节信号调节第一光源111的平均电流和第二光源112的平均电流，从而调节光源模块130的颜色。

如前所述，本发明披露了一种用于控制光源模块的控制器以及一种用于控制光源模块的方法。本发明图1和图2示出的控制器110包含信号分析模块202和开关监测模块224。利用信号分析模块202，控制器110可以根据来自调光器的调光信号调节光源模块130的亮度和颜色。利用开关监测模块224，控制器110可以根据电源开关导通/断开的操作调节光源模块130的亮度和颜色。本领域技术人员应该理解，在其他实施例中，根据本发明的控制器可以仅包含信号分析模块202而不包含开关监测模块224，或者仅包含开关监测模块224而不包含信号分析模块202。所披露的控制器可以对外部输入的单一调光信号进行分析并实现对光源模块亮度和颜色的调节。相比传统光源驱动电路采用两个控制芯片分别调节光源模块的亮度和颜色，采用本发明披露的控制器110的光源驱动电路的部件数量和待机功耗都减少了，也节省了制造成本。

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 (20)

1.一种用于控制光源模块的控制器，所述控制器包括：

电流输入端口，与电源耦合，用于接收来自所述电源的输入电能；

信号输入端口，与调光器耦合，用于接收来自所述调光器的调光信号；

第一控制端口，与所述光源模块中的第一光源耦合，用于根据色温调节信号调节所述第一光源的平均电流；

第二控制端口，与所述光源模块中的第二光源耦合，用于根据所述色温调节信号调节所述第二光源的平均电流；以及

电流监测端口，与所述光源模块耦合，用于监测流经所述第一光源和流经所述第二光源的电流，

其中，所述控制器根据所述调光信号的占空比产生亮度调节信号以调节所述光源模块的总电流，并根据所述调光信号的频率产生所述色温调节信号。

2.根据权利要求1所述的控制器，还包括：

与所述第一控制端口耦合的第一开关；

与所述第二控制端口耦合的第二开关；

耦合于所述电流输入端口和所述电流监测端口之间的第三开关；以及

逻辑控制模块，与所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关耦合，

其中，所述逻辑控制模块通过控制所述第三开关调节所述光源模块的总电流，通过控制所述第一开关调节所述第一光源的平均电流，并通过控制所述第二开关调节所述第二光源的平均电流。

3.根据权利要求2所述的控制器，其中，所述色温调节信号为数字信号，所述逻辑控制模块包括解码单元，其中所述解码单元根据所述色温调节信号产生第一脉冲宽度调制信号以控制所述第一开关，并根据所述色温调节信号产生第二脉冲宽度调制信号以控制所述第二开关。

4.根据权利要求3所述的控制器，其中，所述第一脉冲宽度调制信号的占空比与所述色温调节信号的值成正比，所述第二脉冲宽度调制信号的占空比与所述色温调节信号的值成反比。

5.根据权利要求1所述的控制器，还包括：

信号分析模块，与所述信号输入端口耦合，用于根据所述调光信号的占空比产生所述亮度调节信号，并根据所述调光信号的频率产生所述色温调节信号。

6.根据权利要求5所述的控制器，其中，所述信号分析模块包括：

参考信号产生单元，用于根据所述调光信号的占空比产生所述亮度调节信号，其中所述亮度调节信号的电压与所述占空比成正比。

7.根据权利要求6所述的控制器，其中，所述参考信号产生单元包括：

运算放大器，所述运算放大器的正端接收参考电压，所述运算放大器的负端与所述运算放大器的输出端耦合；

第一开关，耦合于所述运算放大器的输出端与电阻的第一端之间；

第二开关，耦合于所述电阻的所述第一端与地之间；以及

电容，耦合于所述电阻的第二端与地之间，

其中，所述第一开关由所述调光信号控制，所述第二开关的状态与所述第一开关互补，所述亮度调节信号根据所述电容上的电压产生。

8.根据权利要求5所述的控制器，其中，所述信号分析模块包括：

频率侦测单元，用于根据所述调光信号的频率产生所述色温调节信号，所述频率侦测单元包括：

用于对所述调光信号中的脉冲进行计数的第一计数器和第二计数器；

与所述第一计数器和所述第二计数器耦合的比较单元；以及

与所述比较单元耦合的使能单元，

其中，所述比较单元将所述第一计数器的第一计数值和所述第二计数器的第二计数值之间的差别与预设值比较，所述使能单元根据所述比较的结果选择性地使能所述第一计数器和所述第二计数器。

9.根据权利要求8所述的控制器，其中，所述频率侦测单元根据所述第一计数值产生所述色温调节信号，如果所述第一计数值与所述第二计数值之间的差别大于所述预设值，则所述频率侦测单元根据所述第二计数值产生所述色温调节信号。

10.根据权利要求1所述的控制器，还包括：开关监测端口，与电源开关耦合，用于接收指示所述电源开关的导通/断开状态的开关监测信号，其中，所述电源开关耦合于整流器与所述电源之间，

其中，所述电流输入端口通过所述整流器与所述电源耦合，

其中，所述控制器进一步根据所述开关监测信号产生所述亮度调节信号和所述色温调节信号。

11.根据权利要求10所述的控制器，还包括：

开关监测模块，与所述开关监测端口耦合，所述开关监测模块包括：

触发监测单元，用于根据所述开关监测信号产生触发信号；以及

计数单元，用于储存计数值，所述计数单元根据所述触发信号更新所述计数值，

其中，所述控制器根据所述计数值产生所述亮度调节信号和所述色温调节信号。

12.一种用于控制光源模块的方法，所述光源模块包括第一光源和第二光源，所述方法包括下列步骤：

接收来自调光器的调光信号；

根据所述调光信号的占空比产生亮度调节信号以调节所述光源模块的总电流；

根据所述调光信号的频率产生色温调节信号；以及

根据所述色温调节信号调节所述第一光源的平均电流和所述第二光源的平均电流。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述亮度调节信号的电压与所述占空比成正比。

14.根据权利要求12所述的方法，还包括：

利用第一计数器对所述调光信号中的脉冲进行计数以产生第一计数值；

利用第二计数器对所述调光信号中的脉冲进行计数以产生第二计数值；

将所述第一计数器的所述第一计数值和所述第二计数器的所述第二计数值之间的差别与预设值比较并产生比较结果；以及

根据所述比较结果选择性地使能所述第一计数器和所述第二计数器。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括：

根据所述第一计数值产生所述色温调节信号；

如果所述第一计数值与所述第二计数值之间的差别大于所述预设值，则根据所述第二计数值产生所述色温调节信号。

16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述色温调节信号为数字信号，所述方法还包括：

根据所述色温调节信号产生第一脉冲宽度调制信号以控制与所述第一光源耦合的第一开关，从而调节所述第一光源的平均电流；以及

根据所述色温调节信号产生第二脉冲宽度调制信号以控制与所述第二光源耦合的第二开关，从而调节所述第二光源的平均电流。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一脉冲宽度调制信号的占空比与所述色温调节信号的值成正比，所述第二脉冲宽度调制信号的占空比与所述色温调节信号的值成反比。

18.根据权利要求12所述的方法，还包括：

接收指示电源开关的导通/断开状态的开关监测信号，其中，所述电源开关耦合于所述电源和整流器之间；以及

根据所述开关监测信号产生所述亮度调节信号和所述色温调节信号。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括：

根据所述开关监测信号产生触发信号；

利用所述触发信号更新计数单元的计数值；以及

根据所述计数值产生所述亮度调节信号和所述色温调节信号。

20.根据权利要求12所述的方法，还包括：

根据所述亮度调节信号产生第三脉冲宽度调节信号；以及

利用所述第三脉冲宽度调节信号控制与所述光源模块耦合的第三开关以调节所述光源模块的总电流。

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