CN102340906B

CN102340906B - 用于led驱动电路的调光装置

Info

Publication number: CN102340906B
Application number: CN201010236830.6A
Authority: CN
Inventors: 郭越勇
Original assignee: MAXIC TECHNOLOGY (BEIJING) CO LTD
Current assignee: Meixinsheng Technology (Beijing) Co.,Ltd.
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2030-07-26
Also published as: CN102340906A

Abstract

本发明公开了一种用于LED驱动电路的调光装置，包括：取样电路，用于对直流输入电压进行取样，得到采样电压；方波电路，用于根据参考电压和采样电压得到方波信号，其中方波信号的高电平时间t_on与采样电压成正比，与参考电压成反比；振荡周期产生电路，用于产生振荡周期T；参考电压选择模块，用于判断高电平时间t_on与振荡周期T的大小关系，当直流输入电压下降导致高电平时间t_on大于振荡周期T时，对参考电压进行切换选择，并进而发送使能信号关闭脉冲宽度调制控制器；脉冲宽度调制控制器，用于当高电平时间t_on小于振荡周期T时，根据高电平时间t_on和振荡周期T产生脉冲波控制开关管的开关；开关管，用于驱动反激式变压器工作。

Description

用于LED驱动电路的调光装置

技术领域

本发明涉及电力领域，具体而言，涉及一种用于LED驱动电路的调光装置。

背景技术

在普通的市电驱动的日光灯等照明系统中，通过对开关从开的状态中进行一次快速(几毫秒内)的“关”、“开”动作，可以对灯的亮度进行切换。这种方法是用机械开关实现的，比如继电器等。

由于机械开关存在故障率较高的缺点，较易引起电路不稳定，导致灯的亮度无法进行切换。

发明内容

本发明提供了一种能解决以上问题的用于LED驱动电路的调光装置。

本发明提供了一种用于LED驱动电路的调光装置，LED驱动电路包括通过反激式变压器耦合的初级部分和次级部分，初级部分提供直流输入电压，并在设定时间内断开和闭合直流输入电压，次级部分提供输出电压，包括：取样电路，用于对直流输入电压进行取样，得到采样电压；方波电路，用于根据参考电压和采样电压得到方波信号，其中方波信号的高电平时间t_on与采样电压成正比，与参考电压成反比；振荡周期产生电路，用于产生振荡周期T；参考电压选择模块，用于判断高电平时间t_on与振荡周期T的大小关系，当直流输入电压下降导致高电平时间t_on大于振荡周期T时，对参考电压进行切换选择，并进而发送使能信号关闭脉冲宽度调制控制器；脉冲宽度调制控制器，用于当高电平时间t_on小于振荡周期T时，根据高电平时间t_on和振荡周期T产生脉冲波控制开关管的开关；开关管，用于驱动反激式变压器工作。

优选地，在上述调光装置中，参考电压选择模块包括：判断单元，用于判断高电平时间t_on与振荡周期T的大小关系，当直流输入电压下降导致高电平时间t_on大于振荡周期T时，发送使能信号关闭脉冲宽度调制控制器；计数器单元，用于当判断单元的判断结果为高电平时间t_on大于振荡周期T时，控制参考电压选择单元对多个参考电压源进行切换；参考电压选择单元，用于根据计数器单元的控制信号对多个参考电压源进行选择；参考电压源单元，用于提供多个参考电压供参考电压选择单元进行选择。

优选地，在上述调光装置中，初级部分包括第一开关、桥式整流电路和第一电容，其中，第一开关连接在普通市电和桥式整流电路之间；第一电容连接在桥式整流电路的输出端与地之间。

优选地，在上述调光装置中，初级部分包括第二开关和第三电容，其中，第二开关连接在直流电源和第三电容的一端之间，第三电容的另一端接地。

优选地，在上述调光装置中，次级部分还包括辅助线圈电路，用于为调光装置提供工作电压，其包括与辅助线圈串联的第二电容。

优选地，在上述调光装置中，设定时间t_life的计算公式为：

t_{life} = \frac{C_{2} \cdot (V_{0} - V_{thl})}{I_{Q}}

其中，C₂为第二电容的电容，V₀为开关管停止开关动作时第二电容上的初始电压，V_thl为允许参考电压选择模块记忆控制信号的最低供给电压，I_Q为调光装置的静态工作电流。

优选地，在上述调光装置中，开关管为MOSFET(MetalOxideSemicoductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应管)。

本发明的上述实施例通过电路的方式实现对LED电路的亮度调节，提高了电路的稳定性，降低了对LED的亮度进行调节的故障率，克服了现有技术中由于机械开关存在故障率较高的缺点，较易引起电路不稳定，导致灯的亮度无法进行切换的问题。

附图说明

下面将参照附图对本发明的具体实施方案进行更详细的说明，在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的用于LED驱动电路的调光装置示意图；

图2是根据图1实施例的直接采用直流电源的调光装置示意图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的用于LED驱动电路的调光装置示意图。如图1所示，普通市电交流电经过桥式整流后成为直流输入电压V_in-dc。模块U1(t_on∝(V_ref/V_in-dc))将直流输入电压V_in-dc通过取样电路采样后，得出一个方波信号，其高电平时间t_on与直流输入电压V_in-dc成反比，与参考电压V_ref成正比，模块U1将该方波信号送到模块U2、U7中。模块U3是产生振荡周期的电路(T Generator)，它将产生的振荡周期的信号送入到模块U7和U2中。模块U7是脉冲宽度调制控制器(PWM Controller)，其在得到由U1送出的t_on信号和由U3送出的振荡周期T的信号之后，产生一个脉冲波来驱动外置的NMOS管M3，该脉冲信号的高电平时间为t_on，周期为T。NMOS管M3作为开关驱动主级线圈，从而使反激式变压器开始工作，在每个振荡周期内，主级线圈上达到的峰值电流I_pk由t_on决定：

I_{pk} = \frac{V_{in - dc}}{L_{p}} \cdot t_{on} - - - (1)

其中，L_p为主级线圈的电感值。由于高电平时间t_on与直流输入电压V_in-dc成反比，与参考电压V_ref成正比，即：

t_{on} = k_{1} \cdot \frac{V_{ref}}{V_{in - dc}} - - - (2)

其中k₁表示比例系数。因此可以得到主级线圈峰值电流的表达式：

I_{pk} = \frac{V_{in - dc}}{L_{p}} \cdot k_{1} \cdot \frac{V_{ref}}{V_{in - dc}} = k_{1} \cdot \frac{V_{ref}}{L_{p}} - - - (3)

因此，在每个周期内主级线圈储存的能量为：

Ep = \frac{1}{2} \cdot {I_{pk}}^{2} \cdot L_{p} = \frac{{k_{1}}^{2} \cdot {V_{ref}}^{2}}{2 L_{p}} - - - (4)

假设变压器的耦合系数为100％，即能量无损失，那么在次级端大功率LED灯的平均电流为：

I_{out} = \frac{E_{p}}{V_{LED} \cdot T} = \frac{{k_{1}}^{2} \cdot {V_{ref}}^{2}}{2 L_{p} \cdot V_{LED} \cdot T} - - - (5)

由式(5)可见，在主级端，LED灯的平均电流由V_ref决定，当V_ref确定时，LED灯的平均电流恒定；当切换V_ref的值时，LED灯的平均电流也会被切换。

模块U5(V_ref<0:2>)提供3个参考电压V_ref<0>、V_ref<1>和V_ref<2>，并且输入到模块U6中，U6为参考电压选择器(V_ref Selector)；模块U6通过模块U4(计数器，Counter)的计数信号的控制对U5的3个参考电压进行选择并输出到模块U1中。当断开开关K1，即输入交流电Vin-ac断开时，桥式整流后的直流电压Vin-dc开始下降，由于ton与直流电压Vin-dc成反比，t_on开始增加。模块U2(ton＞T？)对信号t_on和T进行比较，当t_on＞T时，U2首先发出信号控制模块U4，使U4的输出进行翻转从而使模块U6的输出电压在V_ref<0>、V_ref<1>和V_ref<2>中进行一次切换；其次U2会发出使能信号，关闭模块U5和U7，降低系统的静态电流I_Q。此时，由于NMOS管M3停止开关动作，次级线圈和辅助线圈也全部停止了开关动作，辅助线圈端的电容C2上储存的电压为芯片继续供电，使得U4和U6的控制信号被记忆下来。记忆时间t_life为：

t_{life} = \frac{C_{2} \cdot (V_{0} - V_{thl})}{I_{Q}} - - - (6)

其中，C₂为辅助线圈端的电容C2的电容，V₀为开关管停止开关动作时电容C2上的初始电压，V_thl为允许参考电压选择器U6记忆住控制信号的最低供给电压，I_Q为调光装置的静态工作电流。通过合理的设置，例如取C₂＝10uF、V₀＝12V、V_thl＝5V、I_Q＝30uA可以得到记忆时间为：

t_{life} = \frac{10 u \times (12 - 5)}{30 u} \approx 2.3 S - - - (7)

在这段时间内闭合开关K1，即接入交流电V_in-ac，各模块在没有丢失记忆的前提下继续工作。当直流电压V_in-dc增加到某一个值，使t_on＜T时，U2发出使能信号重新开启模块U5和U7，NMOS管M3开始做开关动作，驱动变压器继续为LED灯供电。此时只有被切换的参考电压V_ref改变了，因此LED灯上的平均电流也被切换了一次。因此，通过开关K1在t_life时间内的一次“断开、闭合”操作，可以实现对LED灯的调光。

模块U4具有循环计数的功能，因此可以对3个参考电压进行循环切换，LED灯上的平均电流就可以在以下三个档位上不断地进行切换：

I_{out 0} = \frac{E_{p}}{V_{LED} \cdot T} = \frac{{k_{1}}^{2} \cdot {V_{ref 0}}^{2}}{2 L_{p} \cdot V_{LED} \cdot T} - - - (8)

I_{out 1} = \frac{E_{p}}{V_{LED} \cdot T} = \frac{{k_{1}}^{2} \cdot {V_{ref 1}}^{2}}{2 L_{p} \cdot V_{LED} \cdot T} - - - (9)

I_{out 2} = \frac{E_{p}}{V_{LED} \cdot T} = \frac{{k_{1}}^{2} \cdot {V_{ref 2}}^{2}}{2 L_{p} \cdot V_{LED} \cdot T} - - - (10)

在图1的实施例中，也可以直接采用直流电源提供直流输入电压。图2是根据图1实施例的直接采用直流电源的调光装置示意图。如图2所示，初级部分包括直流电源VDC、开关K2和电容C20，其中，开关K2连接在直流电源VDC和电容C20的一端之间，电容C20的另一端接地。图2实施例的其它模块与图1实施例相同，通过开关K2在t_life时间内的“断开、闭合”操作，实现对LED灯的调光。

显而易见，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下，在此描述的本发明可以有许多变化。因此，所有对于本领域技术人员来说显而易见的改变，都应包括在本权利要求书所涵盖的范围之内。本发明所要求保护的范围仅由所述的权利要求书进行限定。

Claims

1.一种用于LED驱动电路的调光装置，其特征在于，所述LED驱动电路包括通过反激式变压器耦合的初级部分和次级部分，所述初级部分提供直流输入电压，并在设定时间内断开和闭合所述直流输入电压，所述次级部分提供输出电压，包括：

取样电路，所述直流输入电压通过所述取样电路，得到方波信号，其中所述方波信号的高电平时间t_on与参考电压成正比，与所述直流输入电压成反比；

振荡周期产生电路，用于产生振荡周期T；

参考电压选择模块，用于判断所述高电平时间t_on与所述振荡周期T的大小关系，当所述直流输入电压下降导致所述高电平时间t_on大于所述振荡周期T时，对所述参考电压进行切换选择，并进而发送使能信号关闭脉冲宽度调制控制器；

所述脉冲宽度调制控制器，用于当所述高电平时间t_on小于所述振荡周期T时，根据所述高电平时间t_on和所述振荡周期T产生脉冲波控制开关管的开关；

所述开关管，用于驱动所述反激式变压器工作。

2.根据权利要求1所述的调光装置，其特征在于，所述参考电压选择模块包括：

判断单元，用于判断所述高电平时间t_on与所述振荡周期T的大小关系，当所述直流输入电压下降导致所述高电平时间t_on大于所述振荡周期T时，发送使能信号关闭脉冲宽度调制控制器；

计数器单元，用于当所述判断单元的判断结果为所述高电平时间t_on大于所述振荡周期T时，控制参考电压选择单元对多个参考电压源进行切换；

参考电压选择单元，用于根据所述计数器单元的控制信号对所述多个参考电压源进行选择；

参考电压源单元，用于提供多个参考电压供所述参考电压选择单元进行选择。

3.根据权利要求1所述的调光装置，其特征在于，所述初级部分包括第一开关、桥式整流电路和第一电容，其中

所述第一开关连接在普通市电和所述桥式整流电路之间；

所述第一电容连接在所述桥式整流电路的输出端与地之间。

4.根据权利要求1所述的调光装置，其特征在于，所述初级部分包括第二开关和第三电容，其中

所述第二开关连接在直流电源和所述第三电容的一端之间，所述第三电容的另一端接地。

5.根据权利要求1所述的调光装置，其特征在于，所述次级部分还包括辅助线圈电路，用于为所述调光装置提供工作电压，其包括与辅助线圈串联的第二电容。

6.根据权利要求5所述的调光装置，其特征在于，所述设定时间t_life的计算公式为：

t_{life} = \frac{C_{2} • (V_{0} - V_{thl})}{I_{Q}};

其中，C₂为所述第二电容的电容，V₀为所述开关管停止开关动作时所述第二电容上的初始电压，V_thl为允许所述参考电压选择模块记忆控制信号的最低供给电压，I_Q为所述调光装置的静态工作电流。

7.根据权利要求1所述的调光装置，其特征在于，所述开关管为MOSFET。