CN114980410B - Led调光控制电路、控制方法及led驱动器 - Google Patents

Led调光控制电路、控制方法及led驱动器 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种LED调光控制电路、控制方法及LED驱动器，通过隔离式开关变换器隔离传输电压调光信号，并且通过根据供电电压、调光参考信号或公共节点信号的至少之一获得作为前馈控制的调节参数，以动态调整功率开关管的导通时间，以适应不同的供电电压以及电压调光器的阻抗影响。本申请能够用较简单的方式隔离传输电压型调光器的调光信号，在信号接收端无需二极管，电路结构简单、成本低，并且通过前馈控制，获得精确的调光参考信号，调光效果好。

Description

LED调光控制电路、控制方法及LED驱动器
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种LED调光控制电路、控制方法及LED驱动器。
背景技术
LED灯由于其高效、稳定、可靠性好等优点广泛应用在生活中，LED的调光控制是实现LED性能的重要控制技术，LED负载的亮度是根据流过其的电流决定，因此，调节LED负载的亮度主要是控制流过其的电流。
现有技术的LED调光通常有可控硅调光器和电压型调光器，可控硅调光器受角度的影响控制复杂，电压型调光器能够对LED进行很好的亮度调节，如图1所示为现有技术的一种通过电压型调光器对LED的电流进行调节的原理图，调光器控制电路接收电压型调光器的信号，经过处理后，产生调光参考信号VDIM传输给LED驱动电源，LED驱动电源接收输入电源和调光参考信号VDIM，产生输出信号以对LED的电流进行调节。调光器控制电路为正激开关变换器，但是该方案需要一个二极管D2在接收端进行能量的传输，二极管D2造成电路复杂、成本高、集成度低的缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种LED调光控制电路、控制方法及LED驱动器，用以解决现有技术存在的成本高、电路复杂的技术问题。
本申请提出了一种LED调光控制电路，接收电压调光器的调光信号，产生调光参考信号以控制LED负载的电流，其中，包括：隔离电路，包括耦合的第一绕组和第二绕组，所述第一绕组接收来自所述电压调光器的调光信号，续流开关，连接在所述第一绕组和电压调光器之间，功率开关，与所述第二绕组连接，所述功率开关和所述第二绕组接在供电电压和参考地之间，参考信号产生电路，与所述第二绕组和所述功率开关的公共节点连接，以根据节点电压获得所述调光参考信号；开关控制电路，根据所述调光参考信号、所述供电电压或公共节点信号至少其中之一获得开关控制信号，所述开关控制信号用以控制所述功率开关的开关状态。
优选地，所述开关控制电路包括反馈电路，所述反馈根据所述调光参考信号、所述供电电压或公共节点信号至少其中之一获得基准信号，所述开关控制电路根据所述基准信号获得PWM信号以作为开关控制信号控制功率开关的导通时间。
优选地，所述参考信号产生电路包括采样保持电路和调光信号输出电路，所述采样保持电路在所述功率开关的关断期间采样所述第二绕组和所述功率开关的公共节点信号，以获得采样保持信号；所述调光信号输出电路接收所述采样保持信号，以获得所述调光参考信号输出。
优选地，所述第二绕组的一端接参考地端，另一端与所述采样保持电路连接，所述功率开关连接在第二绕组和供电电压之间，所述采样保持信号为负电压。
优选地，所述调光信号输出电路接收所述采样保持信号，通过增加偏置电压，以获得为正电压的调光参考信号。
优选地，当根据所述供电电压或公共节点信号至少其中之一获得开关控制信号时，所述供电电压为可调电压。
优选地，调光信号为0-10V范围内任意电压区间的电压调光信号。
优选地，所述开关控制电路根据第一调节参数和/或第二调节参数获得开关控制信号，其中，所述第一调节参数根据所述调光参考信号和所述供电电压获得，或者是根据所述功率开关的导通时间和所述续流开关的续流时间获得，所述第二调节参数为所述供电电压。
优选地，当所述第一调节参数根据所述调光参考信号和所述供电电压获得时，所述调光控制电路还包括调节参数产生电路，所述调节参数产生电路接收所述调光参考信号和所述供电电压，以获得所述第一调节参数，所述第一调节参数与所述调光参考信号成正比，与所述调光参考信号和所述供电电压之和成反比。
优选地，调节参数产生电路包括第一比较器、第二比较器和转换电路，述第一比较器第一输入端接收所述调光参考信号和所述供电电压之和，第二输入端接收一充放电电路的充电电压，所述第一比较器的输出端控制所述充放电电路的放电，所述第二比较器的第一输入端接收所述调光参考信号，第二输入端接收所述充放电电路的充电电压，输出端输出第二比较信号，所述转换电路接收一直流电压和所述第二比较信号，所述第二比较信号控制转换电路中开关的通断，以将所述直流电压进行斩波处理，斩波后的电压信号经过滤波后获得所述第一调节参数。
优选地，当所述第一调节参数根据所述功率开关的开关时间和所述续流开关的续流时间获得时，所述调光控制电路还包括调节参数产生电路，所述调节参数产生电路接收所述公共节点信息，根据所述公共节点信息获得所述功率开关的导通时间和所述续流开关的续流时间从而获得所述第一调节参数，所述第一调节参数与所述功率开关的导通时间成正比，与所述功率开关的导通时间和所述续流开关的续流时间之和成反比。
优选地，调节参数产生电路包括电压检测电路、逻辑电路和转换电路，所述电压检测电路检测所述第二绕组的电压信息，当所述第二绕组的电压变化率达到预定阈值时，产生第一触发信号；所述逻辑电路接收所述第一触发信号作为复位端信号，接收功率开关的开关控制信号的反信号作为置位端信号，输出第二触发信号；所述转换电路接收一直流电压、所述第二触发信号和开关控制信号，所述第二触发信号和所述开关控制信号控制转换电路中开关的通断，以将所述直流电压进行斩波处理，斩波后的电压信号经过滤波后获得所述第一调节参数。
第二方面，提供一种LED驱动器，包括LED驱动电源，其中，还包括上述的LED调光控制电路，所述LED驱动电源接收输入电压和所述调光参考信号，以产生期望的驱动信号驱动LED负载。
第三方面，提供一种LED调光控制方法，根据电压调光器输出的调光信号产生调光参考信号以控制LED负载的电流，其中，包括步骤：所述电压调光器的调光信号通过隔离电路的第一绕组传输至第二绕组，所述第一绕组和电压调光器之间连接有续流开关，所述第二绕组与所述功率开关连接，所述第二绕组与所述功率开关连接在供电电压和参考地之间，采样所述第二绕组和所述功率开关的公共节点电压以获得所述调光参考信号；根据所述调光参考信号、所述供电电压或公共节点信号至少其中之一获得开关控制信号，所述开关控制信号用以控制所述功率开关的开关状态。
优选地，根据所述调光参考信号和所述供电电压或者是根据所述功率开关的导通时间和所述续流开关的续流时间获得第一调节参数，根据所述供电电压获得所述第二调节参数，根据第一调节参数和/或第二调节参数获得所述开关控制信号。
优选地，在所述功率开关的关断期间采样所述公共节点电压，以获得采样保持信号；接收所述采样保持信号，以获得所述调光参考信号输出。
优选地，所述第二绕组的第一端与所述功率开关连接，第二端接参考地端，所述采样保持信号为负电压。
优选地，当根据所述供电电压或公共节点信号至少其中之一获得开关控制信号时，所述供电电压为可调电压。
采用本发明的电路结构，通过反激式的开关变换器传输电压调光器的调光信号，并且通过根据供电电压或者调光参考信号或者功率开关和第二绕组的节点信号的至少之一作前馈信号，动态调整功率开关管的导通时间，以适应不同的供电电压以及降低电压调光器的阻抗影响。本申请能够用较简单的方式隔离传输电压型调光器的调光信号，在信号接收端无需二极管，电路结构简单、成本低，并且通过前馈调节，获得精确的调光参考信号，调光效果好。
附图说明
图1为现有技术的调光器控制电路的电路框图；
图2为依据本发明的调光控制电路的第一实施例的电路图；
图3为依据本发明的的采样保持电路的具体电路图；
图4为依据图2的调节参数产生电路的具体电路图；
图5为依据本发明的调光控制电路的第二实施例的电路图；
图6为依据图5的调节参数产生电路的具体电路图；
图7为依据本发明的调光控制电路的第三实施例的电路图；
图8为依据本发明的调光控制电路的第四实施例的电路图；
图9为依据本发明的调光控制电路的第五实施例的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的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神和范围上做的替代、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。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参考图2为依据本发明的调光控制电路的第一实施例的电路图，图3为依据本发明的采样保持电路的具体电路图以及图4为依据图2的调节参数产生电路的具体电路图。本申请中的调光控制电路应用在LED驱动器中，LED驱动器还包括LED驱动电源，这里，LED驱动电源可以为反激式开关变换器、降压变换器、升压变换器或升降压变换器等合适的电源电路，其接收输入电压如Vin和调光控制电路的输出信号，以产生合适的输出电压和输出电流驱动LED负载，以使LED负载发出期望的光亮度。
示例地，LED调光控制电路接收电压调光器的调光信号，以产生对应的调光参考信号以控制LED负载的电流，调光信号为0-10V范围内任意电压区间的电压调光信号，如1-10V电压调光信号、2-8V电压调光信号等，调光参考信号可以与调光信号成一定比例关系如正比例关系的电压信号。
如图2所示，本示例中LED调光控制电路包括隔离电路、续流开关、功率开关、参数信号产生电路以及开关控制电路，其中，隔离电路包括耦合的第一绕组和第二绕组，两者构成变压器，所述第一绕组接收来自所述电压调光器的调光信号，续流开关D1连接在所述第一绕组和电压调光器之间，续流开关以二极管为例但不限于此，二极管D1的阳极连接第一绕组，阴极连接电压调光器，图2示例中，功率开关Q1一功率端与所述第二绕组连接，另一功率端连接供电电压Vcc，功率开关Q1可以为P型MOS晶体管或N型MOS晶体管，功率开关Q1也可以连接在第二绕组和参考地端之间。参考信号产生电路与所述第二绕组和所述功率开关的公共节点连接，以根据节点电压获得所述调光参考信号VDIM；图2中开关控制电路根据调光参考信号和所述供电电压获得第一调节参数D，根据第一调节参数D获得开关控制信号，所述开关控制信号用以控制所述功率开关的开关状态，其中，具体地，参考图2，所述参考信号产生电路包括采样保持电路和调光信号输出电路，所述采样保持电路在所述功率开关的关断期间采样所述第二绕组和所述功率开关的公共节点信号，以获得采样保持信号；所述调光信号输出电路接收所述采样保持信号，以获得所述调光参考信号输出。本实施例中，所述第二绕组的一端接参考地端，另一端与所述采样保持电路连接，所述采样保持信号为负电压。当功率开关Q1也可以连接在第二绕组和参考地端之间时，则采样保持电路通过差分电路获得采样保持信号，采样保持信号为正电压信号。
优选地，所述调光信号输出电路接收所述采样保持信号，通过增加偏置电压，以获得为正电压的调光参考信号VDIM。参考图3，公共节点的电压记为Vdrain，在功率开关导通时，则公共节点的电压与第一绕组的电压成比例关系，第一绕组的电压与调光信号相关联，通过运放在输出端获得Vdrain电压信息，在功率开关关断期间，开关S1导通，电容C1采样保持Vdrain电压的大小，以获得与调光信号关联的采样保持信号。本实施例中通过直接采样节点电压即可获得采样保持信号，调光信号输出电路通过处理可方便获得对应的调光参考信号VDIM，在第二绕组侧不需要二极管等器件进行电压的调节和转换，电路结构简单，控制方便。
具体地，所述调光控制电路还包括调节参数产生电路，所述调节参数产生电路接收所述调光参考信号和所述供电电压，以获得所述第一调节参数D，所述第一调节参数与所述调光参考信号成正比，与所述调光参考信号和所述供电电压之和成反比，即是，D=VDIM/VDIM+VCC。参考图4，所述调节参数产生电路包括第一比较器、第二比较器和转换电路,所述第一比较器第一输入端接收所述调光参考信号和所述供电电压之和VDIM+VCC，第二输入端接收一充放电电路的充电电压，所述第一比较器的输出端控制所述充放电电路的放电，所述第二比较器的第一输入端接收所述调光参考信号VDIM，第二输入端接收所述充放电电路的充电电压，输出端输出第二比较信号，所述转换电路接收一直流电压如VDC和所述第二比较信号，所述第二比较信号控制转换电路中开关的通断，以将所述直流电压进行斩波处理，斩波后的电压信号经过滤波后获得所述第一调节参数D。这里，转换电路中可以包括串联在直流电源和地之间的两个开关，分别由第二比较信号和第二比较信号的非信号控制，从而可以获得斩波信号。所述调节参数产生电路可以不限于上述的电路结构，还可以通过开关电路和运放电路等结构实现，获得本申请的方案的电路均在本申请的保护范围之内。
示例地，上述调光控制电路还包括反馈电路和PWM电路，反馈电路接收第一调节参数，获得基准信号，该基准信号可以跟第一调节参数成线性比例关系，PWM电路接收基准信号和斜坡信号，通过两者的比较获得PWM信号，PWM信号作为开关控制信号控制功率开关的开关状态，当基准信号根据调节参数进行调节时，则PWM信号的高低电平状态不同，从而调节了功率开关的导通时间。
通过上述的调光控制方式，当供电电压Vcc调节时，通过本申请的前馈控制方式，将Vcc的大小变化反馈到对功率开关Q1的时间控制中，因此，在不同的供电电压情况下，本申请均可获得准确的调节参考信号，供电电压的适应性好。并且，在电压调节器存在等效阻抗的情况下，会引起采样保持的电压偏高，通过在前馈控制中引入VDIM实际信息，可获得功率开关的导通时间变短，从而获得准确的调节参考信号。
参考图5为依据本发明的调光控制电路的第二实施例的电路图以及图6为依据图5的调节参数产生电路的具体电路图；在本实施例中，所述第一调节参数根据所述功率开关的开关时间和所述续流开关的续流时间获得时，具体地，所述调光控制电路还包括调节参数产生电路，所述调节参数产生电路接收所述节点电压信息Vdrain，以获得所述第一调节参数D，所述第一调节参数与所述功率开关的导通时间成正比，与所述功率开关的导通时间和所述续流开关的续流时间之和成反比，也即是D=Ton/Ton+Toff。具体地，参考图6调节参数产生电路包括电压检测电路、逻辑电路和转换电路，所述电压检测电路检测所述第二绕组的电压信息，当所述第二绕组的电压变化率达到预定阈值时，产生第一触发信号；所述逻辑电路接收所述第一触发信号作为复位端信号，接收功率开关的开关控制信号Vgs的反信号作为置位端信号，输出第二触发信号Toff；所述转换电路接收一直流电压、所述第二触发信号和开关控制信号，所述第二触发信号和所述开关控制信号控制转换电路中开关的通断，以将所述直流电压进行斩波处理，斩波后的电压信号经过滤波后获得所述第一调节参数D。本示例中，转换电路中可以包括串联在直流电源和地之间的两个开关，分别由所述第二触发信号和所述开关控制信号控制，从而可以获得斩波信号。在工作过程中，所述节点电压信息Vdrain根据功率开关和续流开关的状态，其波形呈现的状态不同，这里检测节点电压信息Vdrain的变化率或者时变化量，均可获得所述功率开关的导通时间和所述续流开关的续流时间信息。
本实施例中的技术方案节点电压信息获得调节参考作前馈控制，动态调整开关的导通时间，以适应不同的供电电压VCC和电压调光器的阻抗。
参考图7为依据本发明的调光控制电路的第三实施例的电路图；本实施例仅通过Vcc作为第二调节参数前馈给反馈电路进行调节，例如，将反馈电路的基准信号设置为与供电电压Vcc成一定比例关系，然后通过产生的开关控制信号通过调整开关的导通时间，以适应不同的供电电压VCC。
参考图8为依据本发明的调光控制电路的第四实施例的电路图，本实施例中通过将第一调节参数D和第二调节参考Vcc均作为前馈信号输入给反馈电路进行调节，通过调整开关的导通时间，以适应不同的供电电压VCC和电压调光器的阻抗。
参考图9为依据本发明的调光控制电路的第五实施例的电路图，本实施例中通过将调节参考信号VDIM均作为反馈信号反馈电路进行调节，通过调整开关的导通时间，以适应不同的电压调光器的阻抗。
上述实施例的方案可以单独使用也可以组合使用，其包含的思想都在本发明的保护范围之内。本申请的通过将电路中的参数或参数的变形作为前馈信号调整功率开关的导通时间，以获得更准确和适用范围更广的调光参考信号。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种LED调光控制电路，接收电压调光器的调光信号，产生调光参考信号以控制LED负载的电流，其中，包括：
隔离电路，包括耦合的第一绕组和第二绕组，所述第一绕组接收来自所述电压调光器的调光信号，
续流开关，连接在所述第一绕组和电压调光器之间，
功率开关，与所述第二绕组连接，所述功率开关和所述第二绕组接在供电电压和参考地之间，
参考信号产生电路，包括采样保持电路和调光信号输出电路，所述采样保持电路在所述功率开关的关断期间采样所述第二绕组和所述功率开关的公共节点信号，以获得采样保持信号；所述调光信号输出电路接收所述采样保持信号，以获得所述调光参考信号输出；
开关控制电路，根据所述调光参考信号、所述供电电压或公共节点信号至少其中之一获得开关控制信号，所述开关控制信号用以控制所述功率开关的开关状态，公共节点信号为所述第二绕组和所述功率开关的公共节点处的信号。
2.根据权利要求1所述的LED调光控制电路，其中，所述开关控制电路包括反馈电路，
所述反馈根据所述调光参考信号、所述供电电压或公共节点信号至少其中之一获得基准信号，
所述开关控制电路根据所述基准信号获得PWM信号以作为开关控制信号控制功率开关的导通时间。
3.根据权利要求1所述的LED调光控制电路，其中，所述第二绕组的一端接参考地端，另一端与所述采样保持电路连接，所述功率开关连接在第二绕组和供电电压之间，
所述采样保持信号为负电压。
4.根据权利要求3所述的LED调光控制电路，其中，所述调光信号输出电路接收所述采样保持信号，通过增加偏置电压，以获得为正电压的调光参考信号。
5.根据权利要求1所述的LED调光控制电路，其中，当根据所述供电电压或公共节点信号至少其中之一获得开关控制信号时，所述供电电压为可调电压。
6.根据权利要求1所述的LED调光控制电路，其中，调光信号为0-10V范围内任意电压区间的电压调光信号。
7.根据权利要求1所述的LED调光控制电路，其中，所述开关控制电路根据第一调节参数和/或第二调节参数获得开关控制信号，其中，所述第一调节参数根据所述调光参考信号和所述供电电压获得，或者是根据所述功率开关的导通时间和所述续流开关的续流时间获得，所述第二调节参数为所述供电电压。
8.根据权利要求7所述的LED调光控制电路，其中，当所述第一调节参数根据所述调光参考信号和所述供电电压获得时，所述调光控制电路还包括调节参数产生电路，
所述调节参数产生电路接收所述调光参考信号和所述供电电压，以获得所述第一调节参数，所述第一调节参数与所述调光参考信号成正比，与所述调光参考信号和所述供电电压之和成反比。
9.根据权利要求8所述的LED调光控制电路，其中，调节参数产生电路包括第一比较器、第二比较器和转换电路,
所述第一比较器第一输入端接收所述调光参考信号和所述供电电压之和，第二输入端接收一充放电电路的充电电压，所述第一比较器的输出端控制所述充放电电路的放电，
所述第二比较器的第一输入端接收所述调光参考信号，第二输入端接收所述充放电电路的充电电压，输出端输出第二比较信号，
所述转换电路接收一直流电压和所述第二比较信号，所述第二比较信号控制转换电路中开关的通断，以将所述直流电压进行斩波处理，斩波后的电压信号经过滤波后获得所述第一调节参数。
10.根据权利要求7所述的LED调光控制电路，其中，当所述第一调节参数根据所述功率开关的开关时间和所述续流开关的续流时间获得时，所述调光控制电路还包括调节参数产生电路，
所述调节参数产生电路接收所述公共节点信号，根据所述公共节点信号获得所述功率开关的导通时间和所述续流开关的续流时间从而获得所述第一调节参数，
所述第一调节参数与所述功率开关的导通时间成正比，与所述功率开关的导通时间和所述续流开关的续流时间之和成反比。
11.根据权利要求10所述的LED调光控制电路，其中，调节参数产生电路包括电压检测电路、逻辑电路和转换电路：
所述电压检测电路检测所述第二绕组的电压信息，当所述第二绕组的电压变化率达到预定阈值时，产生第一触发信号；
所述逻辑电路接收所述第一触发信号作为复位端信号，接收功率开关的开关控制信号的反信号作为置位端信号，输出第二触发信号；
所述转换电路接收一直流电压、所述第二触发信号和开关控制信号，所述第二触发信号和所述开关控制信号控制转换电路中开关的通断，以将所述直流电压进行斩波处理，斩波后的电压信号经过滤波后获得所述第一调节参数。
12.一种LED驱动器，包括LED驱动电源，其中，还包括权利要求1-11任一所述的LED调光控制电路，
所述LED驱动电源接收输入电压和所述调光参考信号，以产生期望的驱动信号驱动LED负载。
13.一种LED调光控制方法，根据电压调光器输出的调光信号产生调光参考信号以控制LED负载的电流，其中，包括步骤：
所述电压调光器的调光信号通过隔离电路的第一绕组传输至第二绕组，所述第一绕组和电压调光器之间连接有续流开关，所述第二绕组与功率开关连接，所述第二绕组与所述功率开关连接在供电电压和参考地之间，
在所述功率开关的关断期间采样所述第二绕组和所述功率开关的公共节点信号，以获得采样保持信号，接收所述采样保持信号，以获得所述调光参考信号输出；
根据所述调光参考信号、所述供电电压或公共节点信号至少其中之一获得开关控制信号，所述开关控制信号用以控制所述功率开关的开关状态，公共节点信号为所述第二绕组和所述功率开关的公共节点处的信号。
14.根据权利要求13所述的LED调光控制方法，其中，
根据所述调光参考信号和所述供电电压或者是根据所述功率开关的导通时间和所述续流开关的续流时间获得第一调节参数，根据所述供电电压获得第二调节参数，
根据第一调节参数和/或第二调节参数获得所述开关控制信号。
15.根据权利要求13所述的LED调光控制方法，其中，所述第二绕组的第一端与所述功率开关连接，第二端接参考地端，所述采样保持信号为负电压。
16.根据权利要求13所述的LED调光控制方法，其中，当根据所述供电电压或公共节点信号至少其中之一获得开关控制信号时，所述供电电压为可调电压。
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