CN106793352A - 具有可控硅调光器的led驱动电路、电路模块及控制方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种具有可控硅调光器的LED驱动电路、电路模块及控制方法，在可控硅调光器导通前通过泄放电路将直流母线电压稳定在预定值，避免了不同类型的可控硅调光器和不同电路设置导致漏电流不一致影响可控硅调光器的导通点。同时，直流母线电压的恒定值的设置，可以影响可控硅调光器导通后的电压，从而使得可以灵活地根据需要设置导通点电压。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术，具体涉及一种具有可控硅调光器的LED驱动电路、电路模块及控制方法。
背景技术
可控硅调光是目前常用的调光方法。可控硅调光器采用相位控制方法来实现调光，即在正弦波每半个周期控制可控硅调光器导通，获得相同的导通相角。通过调节可控硅调光器的斩波相位，可以改变导通相角大小，实现调光。
可控硅调光器原来通常用于对白炽灯进行调光，随着LED光源的普及，越来越多的LED驱动电路采用可控硅调光器作为调光手段。
在现有技术中，可控硅调光器通常与线性恒流控制方案结合使用。线性恒流控制方案是通过控制与LED负载中的至少一个部分大体上为串联关系的线性器件(例如线性状态下的晶体管)，调节流过LED负载的电流，使得其保持恒定。线性恒流控制方案具有多种不同的变化方式，例如，可以所有的LED负载只通过一个线性器件来进行恒流控制；也可以将LED负载分组后，每组设置一个线性器件来进行恒流控制。不同的线性恒流控制方案所需要的负载驱动电压并不相同，这使得搭建LED驱动电路时，可控硅调光器导通时的电压不一定能满足具体方案的需要。
另一个方面，可控硅调光器在导通前会存在漏电流，漏电流的大小和可控硅调光器的型号以及LED驱动电路的参数设置相关，不同的电路设置和不同型号的可控硅调光器会导致漏电流变化，进而导致导通角度的变化。这种不确定性会导致导通位置与电路设置的不适配，造成LED负载闪烁的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种具有可控硅调光器的LED驱动电路、电路模块及其控制方法，以改善漏电流导致的LED负载闪烁问题。
第一方面，提供一种电路模块，应用于具有可控硅调光器的LED驱动电路，所述电路模块包括：
泄放电路，适于与所述LED驱动电路的直流母线连接，并在第一模式下泄放直流母线电流以保持直流母线电压恒定于预定值，在第二模式下关断泄放通路；
控制器，被配置为在检测到所述可控硅调光器导通前控制所述泄放电路处于第一模式，在检测到所述可控硅调光器导通后控制所述泄放电路切换到第二模式；
其中，所述预定值大于零。
优选地，所述预定值被设置为以使得所述可控硅调节器导通时的直流母线电压略大于预定的负载驱动电压。
优选地，所述泄放电路中设置有最大电流箝位电路限制泄放电流的最大值。
优选地，所述控制器根据直流母线电压的上升速度检测所述可控硅调光器是否导通。
优选地，所述控制器在检测到直流母线电压下降到小于预定阈值时控制所述泄放电路切换到第一模式。
优选地，所述泄放电路还包括：
晶体管，与所述最大电流箝位电路串联连接在直流母线和接地端之间，适于响应于控制端电流调节所述直流母线电压。
优选地，所述控制器包括：
跨导放大器，第一输入端输入电压基准信号，第二输入端输入直流母线电压采样信号，输出控制信号；
模式开关，与跨导放大器的输出端连接，受控关断或导通以使得所述泄放电路在第一模式和第二模式间切换。
优选地，所述模式开关连接在跨导放大器的输出端和接地端之间。
优选地，所述电路模块还包括：
分压电路，用于对直流母线电压进行分压输出所述直流母线电压采样信号；
其中，所述分压电路的分压比被设置为使得所述可控硅调节器导通时的直流母线电压略大于预定的负载驱动电压。
优选地，所述预定值根据所述分压电路的分压比调节。
优选地，所述控制器还包括：
模式切换电路，在直流母线电压采样信号在预定时间内由第一阈值上升到第二阈值时控制所述模式开关导通，在直流母线电压采样信号下降到小于第三阈值时控制所述模式开关关断。
优选地，所述模式切换电路包括：
第一比较器，用于比较所述直流母线电压采样信号和所述第一阈值；
单触发电路，响应于所述第一比较器的输出信号的切换输出持续预定时间的脉冲；
第二比较器，用于比较所述直流母线电压采样信号和所述第二阈值；
与门，输入端分别与所述单触发电路和所述第二比较器的输出端连接；
第三比较器，用于比较所述直流母线电压采样信号和所述第三阈值；以及
RS触发器，置位端与所述与门的输出端连接，复位端与所述第三比较器的输出端连接，输出端与所述模式开关的控制端连接；
其中，所述第一阈值大于所述第二阈值，所述第二阈值大于所述第三阈值。
优选地，所述泄放电路还包括：
齐纳二极管；以及
泄放开关；
其中，所述齐纳二极管、所述泄放开关与所述最大电流箝位电路串联连接在直流母线和接地端之间；所述齐纳二极管的阴极靠近直流母线一侧，所述泄放开关受控导通或关断以使得所述泄放电路在第一模式或第二模式间切换。
优选地，所述控制电路在直流母线电压采样信号在预定时间内由第一阈值上升到第二阈值时控制所述泄放开关关断，在直流母线电压采样信号下降到小于第三阈值时控制所述泄放开关导通。
优选地，所述控制电路包括：
第一比较器，用于比较所述直流母线电压采样信号和所述第一阈值；
单触发电路，响应于所述第一比较器的输出信号的切换输出持续预定时间的脉冲；
第二比较器，用于比较所述直流母线电压采样信号和所述第二阈值；
与门，输出端与所述单触发电路和所述第二比较器的输出端连接；
第三比较器，用于比较所述直流母线电压采样信号和所述第三阈值；以及
RS触发器，复位端与所述与门的输出端连接，置位端与所述第三比较器的输出端连接，输出端与所述模式开关的控制端连接；
其中，所述第一阈值大于所述第二阈值，所述第二阈值大于所述第三阈值。
优选地，所述齐纳二极管的击穿电压被设置为使得所述可控硅调节器导通时的直流母线电压略大于预定的负载驱动电压。
优选地，所述预定值通过所述齐纳二极管的击穿电压调节。
第二方面，提供一种具有可控硅调光器的LED驱动电路，包括：
可控硅调光器；以及
如上所述的电路模块。
第三方面，提供一种控制方法，用于控制具有可控硅调光器的LED驱动电路，所述方法包括：
在所述可控硅调光器导通前控制泄放电路处于第一模式，所述泄放电路在第一模式下泄放直流母线电流以保持直流母线电压恒定于预定值；
在所述可控硅调光器导通后控制泄放电路切换到第二模式关断泄放通路；
其中，所述预定值不为零。
优选地，所述预定值被设置为使得所述可控硅调节器导通时的直流母线电压略大于预定的负载驱动电压。
优选地，通过限制泄放电流的最大值使得在所述可控硅调光器导通时直流母线电压快速上升。
优选地，根据直流母线电压的上升速度检测所述可控硅调光器是否导通。
优选地，所述方法还包括：
在检测到直流母线电压下降到小于预定阈值时控制泄放电路切换到第一模式。
优选地，所述预定值通过分压电路的分压比或齐纳二极管的击穿电压调节。
本发明实施例在可控硅调光器导通前通过泄放电路将直流母线电压稳定在预定值，避免了不同类型的可控硅调光器和不同电路设置导致漏电流不一致影响可控硅调光器的导通点，从而可以避免LED闪烁的问题。同时，直流母线电压的恒定值的设置，可以影响可控硅调光器导通后的电压，从而使得可以灵活地根据需要设置导通点电压。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是可控硅调光器的简化模型的示意图；
图2是一个对比例的LED驱动电路的电路示意图；
图3是上述对比例的LED驱动电路的工作波形图；
图4是另一个对比例的LED驱动电路的电路示意图；
图5是上述对比例的LED驱动电路的工作波形图；
图6是本发明实施例的LED驱动电路的电路示意图；
图7是本发明实施例的电路模块的电路示意图；
图8是本发明实施例的LED驱动电路的工作波形图；
图9是本发明另一个实施例的LED驱动电路的电路示意图；
图10是本发明另一个实施例的控制器的电路示意图；
图11是本发明另一个实施例的LED驱动电路的工作波形图；
图12是本发明实施例的控制方法的流程图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图1是可控硅调光器的简化模型的示意图。如图1所示，在可控硅调光器没有导通时，交流电路通过电阻RL和电阻RB对电容C2充电。可控硅调光器的开通条件为电容C2的两端电压达到导通阈值。调节导通角度则是指通过调节电阻RB来改变可控硅调节器导通位置。由于在未开通期间会有电流对电容C2充电，可控硅调光器会存在漏电流。同时，电容C1也会由于两端存在压差形成漏电流。如上所述，漏电流的存在会导致可控硅调节器的开通角度不确定，进而造成LED负载闪烁的问题。
图2是一个对比例的LED驱动电路的电路示意图。本对比例被用于解决所述漏电流引起的问题。如图2所示，本对比例的LED驱动电路包括可控硅调光器TRIAC、整流电路、恒流控制模块CON和泄放电阻R1。其中，可控硅调光器TRIAC连接在交流输入端口和整流电路之间，用于对输入交流电进行斩波。整流电路用于将交流电转换为直流电输出到直流母线BUS。恒流控制模块CON可以集成LED负载，通过晶体管Q调节流过LED负载的电流。同时，通过与晶体管Q串联的电阻R2对负载电流进行采样，并反馈到误差放大器EA。误差放大器EA根据负载电流基准信号Ref1和反馈的负载电流采样信号对晶体管Q进行恒流控制。泄放电阻R1连接在直流母线BUS和接地端之间，用于对可控硅调光器TRIAC的漏电流进行泄放，防止由于直流母线高阻导致直流母线电压VBUS由于漏电流的存在跟随输入交流电压变化，进而使得可控硅调光器TRIAC两端压差过小，导通被延迟或调光无法达到全亮。图3是上述对比例的LED驱动电路的工作波形图。如图3所示，在不设置泄放电阻R1时，可控硅调光器TRIAC的导通时刻被延迟，同时导通前直流母线电压较高。导通后的直流母线电压大于负载驱动电压。而在设置泄放电阻R1的电路中，可控硅调光器TRIAC的导通时刻提前，并且在未导通阶段的损耗有所降低。但是，泄放电阻R1会引入额外的损耗，这导致系统效率仍不能令人满意。
图4是另一个对比例的LED驱动电路的电路示意图。图5是本对比例的LED驱动电路的工作波形图。如图4和图5所示，所述LED驱动电路A包括可控硅调光器TRIAC、泄放电路1’、控制器2’、恒流控制电路3’和整流电路4’。LED驱动电路A还可以包括连接在直流母线BUS上的二极管以及与LED负载并联的滤波电容。其中，可控硅调光器TRIAC连接在整流电路4’和交流输入端之间，用于对输入交流电进行斩波。整流电路4’用于将交流电转换为直流电输出到直流母线BUS。恒流控制电路3’大体上与LED负载形成串联关系，通过控制晶体管Q2工作在线性状态使得流过LED负载的电流恒定且可控。恒流控制电路3’可以包括晶体管Q2、电阻R2和用于控制晶体管的误差放大器EA2。晶体管Q2连接在LED负载和电阻R2之间。电阻R2一端与晶体管Q2的源极连接。晶体管Q2的栅极与误差放大器EA2的输出端连接。误差放大器EA2一个输入端(同相输入端)输入负载电流基准信号Ref2，另一个输入端(反相输入端)与晶体管Q2的源极连接。由于流过晶体管Q2的电流在电阻R2上形成电压降，这使得误差放大器EA2的反相输入端的电压可以表征流过晶体管Q2的负载电流，进而使得误差放大器EA2的输出随负载电流变化，形成电流闭环。晶体管Q2受控于误差放大器EA2的输出信号工作于线性状态，调节所流过的电流，使得其与负载电流基准信号Ref2保持一致。
同时，泄放电路1’大体上与LED负载以及恒流控制电路3形成的电路并联。泄放电路1’用于在可控硅调光器TRIAC未导通期间以及直流母线电压小于预定的负载驱动电压VLED期间泄放直流母线电流。在图1中，泄放电路1’包括晶体管Q1和电阻R1。电阻R1连接在晶体管Q1的源极和电阻R2远离接地端的一端之间。晶体管Q1连接在直流母线BUS和电阻R1之间。泄放电路1’受控于控制器2进行泄放。在图1中，控制器2’包括误差放大器EA1，其同相输入端输入泄放基准信号Ref3，反相输入端输入电阻R2高压端的电压，输出端与晶体管Q1的栅极连接。其中，泄放基准信号Ref3与TRIAC的擎住电流对应。在直流母线电压VBUS小于预定的负载驱动电压VLED期间，晶体管Q2关断，同时，晶体管Q1导通工作于线性状态进行泄放。为了维持可控硅调光器工作，泄放电路1’会以一个大于等于擎住电流IL的泄放电流来进行泄放，直至直流母线电压VBUS大于负载驱动电压VLED。在直流母线电压VBUS上升到大于负载驱动电压VLED后，晶体管Q2受控导通工作于线性状态，调节流过LED负载的电流ILED。同时，由于误差放大器EA1的反相输入端输入的电压大于泄放电流基准信号Ref1，这使得误差放大器EA1的输出为负，晶体管Q1关断。在直流母线电压VBUS下降到小于负载驱动电压VLED后，晶体管Q2再次关断，晶体管Q1重新导通进行泄放。
在本对比例的LED驱动电路中，在可控硅调光器TRIAC导通之前，以恒流控制的方式控制晶体管Q1进行泄放，将直流母线电压拉低到零，这可以一定程度提高可控硅调光器TRIAC的导通位置一致性。但是，也会造成导通时刻提前。由于在导通前都需要泄放电路来进行泄放，损耗较大，驱动效率降低。
图6是本发明实施例的LED驱动电路的电路示意图。如图6所示，本实施例的LED驱动电路包括可控硅调光器TRIAC、用于进行泄放的电路模块1、恒流控制模块2和整流电路3。可控硅调光器TRIAC连接在交流输入端口和整流电路3之间。整流电路3用于将经过可控硅调光器TRIAC斩波后的交流电转换为直流电输出到直流母线BUS。恒流控制模块2包括晶体管Q2、电阻R2以及控制环路。通过电阻R2采样负载电流，并基于电流闭环进行恒流控制，以使得流过LED负载的电流恒定。在图6中，恒流控制模块2将LED负载集成在内。应理解，LED负载也可以采用与恒流控制模块中的线性器件以及控制电路分离的方式设置。同时，恒流控制模块2也可以采用多个线性器件进行恒流控制以实现较宽的负载驱动电压范围。
电路模块1包括泄放电路以及控制器11。泄放电路与直流母线BUS连接，受控在第一模式和第二模式之间切换。其中，在第一模式下，泄放电路受控泄放直流母线电流以保持直流母线电压VBUS恒定于一个不为零的预定值。在第二模式下，泄放电路受控关断泄放通路。其中，泄放电路包括晶体管Q3。在本实施例，晶体管Q3可以受控工作于线性状态，由此，可以响应于控制端电流调节直流母线电压VBUS。应理解，虽然在本实施例中采用金属氧化物半导体晶体管(MOSFET)作为受控电压源来调节直流母线电压并进行泄放，但是，其它的可作为受控电压源的器件和电路，例如，绝缘栅双极型晶体管IGBT或包括多个金属氧化物半导体晶体管的更复杂的电路结构，均可以适用于本实施例。
控制器11被配置为在检测到可控硅调光器TRIAC导通前控制所述泄放电路处于第一模式，在检测到所述可控硅调光器导通后控制所述泄放电路切换到第二模式。也即，泄放电路受控于控制器11，在可控硅调光器TRIAC导通前在保持直流母线电压VBUS恒定的条件下进行泄放，在可控硅调光器TRIAC导通后关断泄放通路。
由此，可以避免不同类型的可控硅调光器和不同电路设置导致的漏电流不一致，进而消除对可控硅调光器的导通点的负面影响。
进一步，泄放电路在进行恒压泄放时，直流母线电压VBUS恒定位置的值可以被设置，从而使得可控硅调节器导通后的直流母线电压略大于恒流控制模块2所对应的负载驱动电压VLED。由此，可以保证可控硅调光器TRIAC导通后立即点亮LED负载，最大化系统效率。
在本实施例中，控制器11通过检测直流母线电压VBUS的上升速度来检测可控硅调光器TRIAC是否导通。具体地，在泄放电路中设置最大电流箝位电路12。最大电流箝位电路12与晶体管Q3串联连接在直流母线BUS和接地端之间。最大电流箝位电路12用于限制流过的电流的最大值。由于其设置在泄放通路上，其限制的就是泄放电流的最大值。也就是说，在泄放电流IQ3小于箝位电流值IMAX时，最大电流箝位电路12处于直通状态。在泄放电流IQ2上升到箝位电流值IMAX后，最大电流箝位电路12对电流进行箝位，将泄放电流固定在IMAX不再增加。在可控硅调光器TRIAC导通时，为了维持直流母线电压VBUS不变，泄放电流IQ3会增加，在泄放电流IQ3增加到箝位电流值IMAX时，泄放电流被箝位。这使得直流母线电压VBUS开始跟随可控硅调光器TRIAC输出的交流电快速上升。控制器11通过检测直流母线电压VBUS的上升速率来判断可控硅调光器TRIAC是否导通。控制器11可以通过由电阻R3和R4组成的分压电路获取直流母线电压采样信号SVBUS以检测直流母线电压VBUS。在检测到可控硅调光器TRIAC导通后，控制器11控制泄放电路关断。恒流控制模块2开始工作，通过直流母线电流驱动LED负载。在直流母线电压VBUS下降到较小时，控制器11判断周期结束，从而控制泄放电路切换到第一模式，再次开始泄放。
图7是本发明实施例的电路模块的电路示意图。如图7所示，在本实施例中，最大电流箝位电路2包括晶体管Q4、电压源V1和电阻RL。晶体管Q4和电阻RL串联连接在需要进行电流箝位的电流通路上。电压源V1连接在晶体管Q4的控制端和接地端之间。在流过晶体管Q4的电流达到后，Q4_th为晶体管Q4的最大栅漏电压降，电流通路的泄放电流IQ3被箝位。应理解，最大电流箝位电路也可以采用其它结构来实现。
在图7中，控制电路11包括跨导放大器GM、模式开关S1和模式切换电路MS。其中，跨导放大器GM的反相端输入直流母线电压采样信号SVBUS，同相端输入电压基准信号Ref，输出电流形式的控制信号控制晶体管Q3维持直流母线电压VBUS恒定。根据这一闭环电压环路的关系，在泄放电路在第一模式下工作时，直流母线电压VBUS可以满足：
也就是说，在电压基准信号Ref不变的前提下，直流母线电压VBUS可以通过改变电阻R3和R4的比例来调节。由于采用集成电路方式来实现本实施例的电路模块时，基准电压源通常设置在集成电路中，而电阻通常作为外围电路来搭建。因此，本实施例的电路模块可以通过调节电阻R3和R4灵活地设置泄放阶段的直流母线电压VBUS。由于泄放阶段的直流母线电压对于可控硅调光器TRIAC导通时的直流母线电压直接相关，因此，可以通过这种手段来设置可控硅调光器TRIAC导通时的直流母线电压从而适应不同的恒压控制模块的要求。
模式开关S1与跨导放大器GM的输出端连接，受控关断或导通以使得所述泄放电路在第一模式和第二模式间切换。在图7中，模式开关S1连接在跨导放大器GM的输出端和接地端之间。由此，在模式开关S1关断时，晶体管Q3受控于跨导放大器GM的输出电流进行恒压控制。泄放电路处于第一模式。在模式开关S1导通时，晶体管Q3的栅极接地，晶体管Q3截止，泄放电路切换到第二模式。模式切换电路MS用于输出控制信号控制所述模式开关S1。模式切换电路MS在直流母线电压采样信号SVBUS在预定时间内上升由第一阈值VREF1上升到第二阈值VREF2时控制模式开关S1导通，在直流母线电压下降到小于第三阈值VREF3时控制所述模式开关S1关断。如图7所示，模式切换电路MS包括比较器COM1-COM3、单触发电路OS、与门AND和RS触发器F。其中，比较器COM1用于比较直流母线电压采样信号SVBUS和第一阈值VREF1。比较器COM1在直流母线电压采样信号SVBUS上升到大于第一阈值VREF1时输出高电平。单触发电路OS响应于比较器COM1输出信号的上升沿输出一个具有预定时间长度的脉冲。比较器COM2用于比较直流母线电压采样信号SVBUS和第二阈值VREF2。比较器COM2在直流母线电压采样信号SVBUS上升到大于第二阈值VREF2时输出高电平。与门AND的两个输入端分别与单触发电路OS和第二比较器COM2的输出端连接，在两者的输出信号均为高电平时输出高电平。同时，第一阈值VREF1和第二阈值VREF2均设置为大于电压基准信号Ref。电压基准信号Ref对应的直流母线电压的期望值为CV＝Ref*(R3+R4)/R4。而且，第二阈值VREF2大于第一阈值VREF1。因此，与门AND会在直流母线电压采样信号SBUS在所述预定时间长度内由第一阈值VREF1上升到大于第二阈值VREF2时输出高电平。与门AND的输出端与RS触发器F的置位端S连接，RS触发器F的输出端与模式开关S1的控制端连接，控制模式开关S1导通和关断。从而，模式选择电路MS可以在直流母线电压快速上升时输出高电平控制模式开关S1导通。另一方面，比较器COM3用于比较直流母线电压采样信号SVBUS和第三阈值VREF3，在直流母线电压采样信号SVBUS小于第三阈值VREF3时输出高电平。比较器COM3的输出端与RS触发器F的复位端R连接。从而，模式选择电路MS在直流母线电压VBUS小于第三阈值VREF3对应的电压阈值VREF3*(R3+R4)/R4时输出低电平控制模式开关S1关断。优选地，第三阈值对应的直流母线电压VREF3*(R3+R4)/R4被设置为小于泄放期间直流母线电压的期望值CV。当直流母线电压下降到低于该阈值。
在图7所示电路中，以高电平为有效，低电平为无效来设置各部件之间的连接关系，本领域技术人员容易根据需要在有效信号定义变化时修改电路的配置和具体连接关系以实现相同的功能。同时，本领域技术人员也容易采用其它的逻辑电路结构实现相同的功能。
图8是本发明实施例的LED驱动电路的工作波形图。为了方便理解，在图8中，VREF1’-VREF3’分别指代的为第一阈值VREF1至第三阈值VREF3对应的直流母线电压。在t0时刻，控制信号SW1为低电平，模式开关S1关断。晶体管Q3响应于跨导放大器GM的控制维持直流母线电压VBUS恒定在期望值CV附近，直至时刻t1。在时刻t1附近，可控硅调光器TRIAC导通，泄放电流在极短时间内被箝位，然后直流母线电压VBUS开始快速上升。这可由模式切换电路12检测到。在检测到可控硅调光器TRIAC导通后，模式切换电路12控制模式开关S1导通，将晶体管Q3的控制端接地，使得晶体管Q3截止。泄放通路被关断。由于在前泄放的控制，直流母线电压VBUS在可控硅调光器TRIAC导通时略大于预定的负载驱动电压VLED。从而，在泄放通路被关断后，电流流向LED负载，在恒流控制模块2的控制下驱动LED负载点亮。在t2时刻，直流母线电压VBUS下降到小于电压VREF3’。此时，模式切换电路12输出低电平控制模式开关S1关断。泄放电路再次切换到第一模式进行恒压泄放，新的周期开始，如此重复。
本实施例通过在可控硅调光器导通前对直流母线电压进行恒压控制，从而可以避免不同类型的可控硅调光器和不同电路设置导致的漏电流不一致，进而消除对可控硅调光器的导通点的负面影响。
图9是本发明另一个实施例的LED驱动电路的电路示意图。如图9所示，本实施例的LED驱动电路包括可控硅调光器TRIAC、用于进行泄放的电路模块4、恒流控制模块2和整流电路3。可控硅调光器TRIAC连接在交流输入端口和整流电路3之间。整流电路3用于将经过可控硅调光器TRIAC斩波后的交流电转换为直流电输出到直流母线BUS。恒流控制模块2包括晶体管Q2、电阻R2以及控制环路。通过电阻R2采样负载电流，并基于电流闭环进行恒流控制，以使得流过LED负载的电流恒定。在图9中，恒流控制模块2将LED负载集成在内。应理解，LED负载也可以采用与恒流控制模块中的线性器件以及控制电路分离的方式设置。同时，恒流控制模块2也可以采用多个线性器件进行恒流控制以实现较宽的负载驱动电压范围。
电路模块4包括泄放电路和控制器41。在本实施例中，泄放电路连接在直流母线BUS和接地端之间，受控在第一模式和第二模式之间切换。其中，在第一模式下，泄放电路以非受控的方式保持直流母线电压VBUS恒定，并泄放直流母线电流。在第二模式下，泄放电路受控关断泄放通路。控制器41用于控制该模式切换。泄放电路包括齐纳二极管DZ、泄放开关S2和最大电流箝位电路42，三者顺序串联在直流母线BUS和接地端之间。齐纳二极管(ZenerDiode)，也称稳压二极管，是利用PN结反向击穿状态下电流可在很大范围内变化而电压基本不变的原理工作的二极管。齐纳二极管DZ的阴极与直流母线连接，阳极与泄放开关S2连接。泄放开关S2受控于信号SW2导通或关断。由此，在泄放开关S2导通时，泄放电路处于第一模式，齐纳二极管DZ被直流母线电压VBUS击穿，从而泄放电流可以在较大范围内变化而直流母线电压VBUS维持恒定。在泄放开关S2关断时，泄放通路被关断。通过齐纳二极管来实现恒压泄放，可以不需要对泄放电路进行恒压控制，只需要控制器41控制泄放开关S2导通或关断进行模式切换即可。泄放开关S2可以采用可控开关器件，例如金属氧化物半导体晶体管(MOSFET)或绝缘栅型半导体晶体管(IGBT)。最大电流箝位电路42与上一实施例相同，在此不再赘述。
控制器41被配置为在检测到可控硅调光器TRIAC导通前控制所述泄放电路处于第一模式，在检测到所述可控硅调光器导通后控制所述泄放电路切换到第二模式。也就是说，控制器41在检测到可控硅调光器TRIAC导通前维持泄放开关S2导通，在检测到所述可控硅调光器导通后控制泄放开关S2关断。具体地，控制器41在直流母线电压采样信号SVBUS在预定时间内由第一阈值上升到第二阈值时控制所述泄放开关S2关断，在直流母线电压采样信号SVBUS下降到小于第三阈值时控制所述模式开关S1关断。
具体地，控制器41可以通过经由电阻R3和R4对直流母线电压VBUS分压获得的直流母线电压采样信号SVBUS来检测直流母线电压VBUS。由于齐纳二极管DZ本身的击穿电压直接影响直流母线电压，因此，可以通过实验或仿真将其设置为使得大部分型号的可控硅调光器导通位置的直流母线电压略大于所需的负载驱动电压VLED。这样可以使得可控硅调光器导通后立即点亮LED负载。
图10是本实施例的控制器的电路示意图。如图10所示，控制器41包括比较器COM1-COM3、单触发电路OS、与门AND和RS触发器F’。其中，比较器COM1用于比较直流母线电压采样信号SVBUS和第一阈值VREF1。比较器COM1在直流母线电压采样信号SVBUS上升到大于第一阈值VREF1时输出高电平。单触发电路OS响应于比较器COM1输出信号的上升沿输出一个具有预定时间长度的脉冲。比较器COM2用于比较直流母线电压采样信号SVBUS和第二阈值VREF2。比较器COM2在直流母线电压采样信号SVBUS上升到大于第二阈值VREF2时输出高电平。与门AND的两个输入端分别与单触发电路OS和第二比较器COM2的输出端连接，在两者的输出信号均为高电平时输出高电平。同时，第一阈值VREF1和第二阈值VREF2所对应的直流母线电压VREF1’和VREF2’均设置为大于齐纳二极管的击穿电压VZ，该电压等于直流母线电压VBUS的期望值。而且，第二阈值VREF2大于第一阈值VREF1。因此，与门AND会在直流母线电压采样信号SBUS在所述预定时间长度内由第一阈值VREF1上升到大于第二阈值VREF2时输出高电平。与门AND的输出端与RS触发器F’的复位端R连接，RS触发器F’的输出端与泄放开关S2的控制端连接，控制泄放开关S2导通和关断。从而，控制器41可以在直流母线电压快速上升时输出低电平控制泄放开关S2关断。另一方面，比较器COM3用于比较直流母线电压采样信号SVBUS和第三阈值VREF3，在直流母线电压采样信号SVBUS小于第三阈值VREF3时输出高电平。比较器COM3的输出端与RS触发器F的置位端S连接。从而，控制器41在直流母线电压VBUS小于第三阈值VREF3对应的电压阈值VREF3’＝VREF3*(R3+R4)/R4时输出高电平控制泄放开关S2导通。优选地，第三阈值被设置为使得对应的直流母线电压VREF3’小于泄放期间直流母线电压的期望值VZ。当直流母线电压下降到低于该阈值，表明半个交流周期结束。
在图10所示电路中，以高电平为有效，低电平为无效来设置各部件之间的连接关系，本领域技术人员容易根据需要，在有效信号的定义变化时修改电路的配置和具体连接关系以实现相同的功能。同时，本领域技术人员也容易采用其它的逻辑电路结构实现相同的功能。
图11是本实施例的LED驱动电路的工作波形图。在图11中，VREF1’-VREF3’分别指代的为第一阈值VREF1至第三阈值VREF3对应的直流母线电压。在t0时刻，控制信号SW2为高电平，泄放开关S2导通。齐纳二极管DZ被击穿，并维持直流母线电压VBUS恒定在击穿电压VZ附近，直至时刻t1。在时刻t1附近，可控硅调光器TRIAC导通，泄放电流在极短时间内被箝位，然后直流母线电压VBUS开始快速上升，经过分压获得的直流母线电压采样信号SVBUS也快速上升，并被控制器41检测到。在检测到可控硅调光器TRIAC导通后，控制器41控制泄放开关S2关断。泄放通路被关断。由于在前泄放的影响，直流母线电压VBUS在可控硅调光器TRIAC导通时略大于预定的负载驱动电压VLED。从而，在泄放通路被关断后，电流流向LED负载，在恒流控制模块2的控制下驱动LED负载点亮。在t2时刻，直流母线电压VBUS下降到小于电压VREF3’。此时，控制电路41输出的信号SW2切换到高电平控制泄放开关S2导通。泄放电路再次切换到第一模式进行恒压泄放，新的周期开始，如此重复。
本实施例通过在可控硅调光器导通前对直流母线电压进行恒压控制，从而可以避免不同类型的可控硅调光器和不同电路设置导致的漏电流不一致，进而消除对可控硅调光器的导通点的负面影响。
图12是本发明实施例的控制方法的流程图。如图12所示，本实施例的方法包括：
步骤S100、在所述可控硅调光器导通前控制泄放电路处于第一模式，所述泄放电路在第一模式下泄放直流母线电流以保持直流母线电压恒定。
可选地，所述泄放电路在第一模式下可以以受控方式维持直流母线电压恒定，也可以以非受控方式维持直流母线电压稳定。
其中，所述直流母线电压被设置为恒定在预定值以使得所述可控硅调节器导通时的直流母线电压略大于预定的负载驱动电压。
步骤S200、在所述可控硅调光器导通后控制泄放电路切换到第二模式关断泄放通路。
具体地，通过限制泄放电流的最大值使得在所述可控硅调光器导通时直流母线电压快速上升。由此，在可控硅调光器导通时，由于泄放电流被箝位，直流母线电压会快速上升，从而可以基于对直流母线电压的检测判断可控硅调光器的导通位置。
进一步地，在检测到直流母线电压下降到小于预定阈值时控制泄放电路切换到第一模式。
本实施例通过在可控硅调光器导通前对直流母线电压进行恒压控制，从而可以避免不同类型的可控硅调光器和不同电路设置导致的漏电流不一致，进而消除对可控硅调光器的导通点的负面影响。
应理解，虽然以上描述了控制器采用模拟电路方式来构建，但是本领域技术人员能够理解，也可以采用数字电路配合数模/模数转换器件来搭建所述控制器，所述数字电路可以是可以实现在一个或多个专用电路模块(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。对于固件或软件实现，本发明实施例的技术可用执行本申请所述功能的模块(例如，过程、函数等)来实现。这些软件代码可以存储在存储器中，并由处理器执行。存储器可以实现在处理器内，也可以实现在处理器外，在后一种情况下，它经由各种手段可通信地连接到处理器，这些都是本领域中所公知的。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理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 (24)
1.一种电路模块，应用于具有可控硅调光器的LED驱动电路，所述电路模块包括：
泄放电路，适于与所述LED驱动电路的直流母线连接，并在第一模式下泄放直流母线电流以保持直流母线电压恒定于预定值，在第二模式下关断泄放通路；
控制器，被配置为在检测到所述可控硅调光器导通前控制所述泄放电路处于第一模式，在检测到所述可控硅调光器导通后控制所述泄放电路切换到第二模式；
其中，所述预定值大于零。
2.根据权利要求1所述的电路模块，其特征在于，所述预定值被设置为以使得所述可控硅调节器导通时的直流母线电压略大于预定的负载驱动电压。
3.根据权利要求1所述的电路模块，其特征在于，所述泄放电路中设置有最大电流箝位电路限制泄放电流的最大值。
4.根据权利要求3所述的电路模块，其特征在于，所述控制器根据直流母线电压的上升速度检测所述可控硅调光器是否导通。
5.根据权利要求3所述的电路模块，其特征在于，所述控制器在检测到直流母线电压下降到小于预定阈值时控制所述泄放电路切换到第一模式。
6.根据权利要求3所述的电路模块，其特征在于，所述泄放电路还包括：
晶体管，与所述最大电流箝位电路串联连接在直流母线和接地端之间，适于响应于控制端电流调节所述直流母线电压。
7.根据权利要求6所述的电路模块，其特征在于，所述控制器包括：
跨导放大器，第一输入端输入电压基准信号，第二输入端输入直流母线电压采样信号，输出控制信号；
模式开关，与跨导放大器的输出端连接，受控关断或导通以使得所述泄放电路在第一模式和第二模式间切换。
8.根据权利要求7所述的电路模块，其特征在于，所述模式开关连接在跨导放大器的输出端和接地端之间。
9.根据权利要求7所述的电路模块，其特征在于，所述电路模块还包括：
分压电路，用于对直流母线电压进行分压输出所述直流母线电压采样信号；
其中，所述分压电路的分压比被设置为使得所述可控硅调节器导通时的直流母线电压略大于预定的负载驱动电压。
10.根据权利要求9所述的电路模块，其特征在于，所述预定值根据所述分压电路的分压比调节。
11.根据权利要求7所述的电路模块，其特征在于，所述控制器还包括：
模式切换电路，在直流母线电压采样信号在预定时间内由第一阈值上升到第二阈值时控制所述模式开关导通，在直流母线电压采样信号下降到小于第三阈值时控制所述模式开关关断。
12.根据权利要求11所述的电路模块，其特征在于，所述模式切换电路包括：
第一比较器，用于比较所述直流母线电压采样信号和所述第一阈值；
单触发电路，响应于所述第一比较器的输出信号的切换输出持续预定时间的脉冲；
第二比较器，用于比较所述直流母线电压采样信号和所述第二阈值；
与门，输入端分别与所述单触发电路和所述第二比较器的输出端连接；
第三比较器，用于比较所述直流母线电压采样信号和所述第三阈值；以及
RS触发器，置位端与所述与门的输出端连接，复位端与所述第三比较器的输出端连接，输出端与所述模式开关的控制端连接；
其中，所述第一阈值大于所述第二阈值，所述第二阈值大于所述第三阈值。
13.根据权利要求3所述的电路模块，其特征在于，所述泄放电路还包括：
齐纳二极管；以及
泄放开关；
其中，所述齐纳二极管、所述泄放开关与所述最大电流箝位电路串联连接在直流母线和接地端之间；所述齐纳二极管的阴极靠近直流母线一侧，所述泄放开关受控导通或关断以使得所述泄放电路在第一模式或第二模式间切换。
14.根据权利要求13所述的电路模块，其特征在于，所述控制电路在直流母线电压采样信号在预定时间内由第一阈值上升到第二阈值时控制所述泄放开关关断，在直流母线电压采样信号下降到小于第三阈值时控制所述泄放开关导通。
15.根据权利要求14所述的电路模块，其特征在于，所述控制电路包括：
第一比较器，用于比较所述直流母线电压采样信号和所述第一阈值；
单触发电路，响应于所述第一比较器的输出信号的切换输出持续预定时间的脉冲；
第二比较器，用于比较所述直流母线电压采样信号和所述第二阈值；
与门，输出端与所述单触发电路和所述第二比较器的输出端连接；
第三比较器，用于比较所述直流母线电压采样信号和所述第三阈值；以及
RS触发器，复位端与所述与门的输出端连接，置位端与所述第三比较器的输出端连接，输出端与所述模式开关的控制端连接；
其中，所述第一阈值大于所述第二阈值，所述第二阈值大于所述第三阈值。
16.根据权利要求12所述的电路模块，其特征在于，所述齐纳二极管的击穿电压被设置为使得所述可控硅调节器导通时的直流母线电压略大于预定的负载驱动电压。
17.根据权利要求12所述的电路模块，其特征在于，所述预定值通过所述齐纳二极管的击穿电压调节。
18.一种具有可控硅调光器的LED驱动电路，包括：
可控硅调光器；以及
如权利要求1-17任一项所述的电路模块。
19.一种控制方法，用于控制具有可控硅调光器的LED驱动电路，所述方法包括：
在所述可控硅调光器导通前控制泄放电路处于第一模式，所述泄放电路在第一模式下泄放直流母线电流以保持直流母线电压恒定于预定值；
在所述可控硅调光器导通后控制泄放电路切换到第二模式关断泄放通路；
其中，所述预定值不为零。
20.根据权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述预定值被设置为使得所述可控硅调节器导通时的直流母线电压略大于预定的负载驱动电压。
21.根据权利要求20所述的控制方法，其特征在于，通过限制泄放电流的最大值使得在所述可控硅调光器导通时直流母线电压快速上升。
22.根据权利要求21所述的控制方法，其特征在于，根据直流母线电压的上升速度检测所述可控硅调光器是否导通。
23.根据权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
在检测到直流母线电压下降到小于预定阈值时控制泄放电路切换到第一模式。
24.根据权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述预定值通过分压电路的分压比或齐纳二极管的击穿电压调节。
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