用于 LED照明调光控制装 技术领域

本发明属于电子技术领域， 涉及交流电频率以及相位的控制。 更具体地说， 本发明涉 及一种用于 LED照明调光控制方法。 背景技术

为了更大的发挥 LED照明节能优势和客户对照明亮度调节的需求 ，在 LED照明中使用 调光技术。在离线式交流电源供电 LED调光应用场合， 可控硅和晶体管调光是目前普遍在 用的调光器， 调光器将交流电源的交流功率进行切割， 调光器输出包含调光相位信息和功 率的电源提供给 LED灯。 根据调光器的不同， 可控硅调光器输出前沿调光， 晶体管调光器 输出后沿调光。

针对在离线交流调光器， 通常使用的调光控制方法有两种： 一种是模拟调光。 通过采 样调光器输出的调光脉宽信息， 进行低频滤波处理， 得到一个直流电压信号， 该信号正比 于调光器输出的脉宽， 该信号用来控制 LED驱动器的输出电流从而完成 LED的模拟调光。 模拟调光的优点是应用简单， 不产生干扰， 缺点是在于降低 LED电流时， 会引入白光 LED 向黄色光谱偏移； 对于不同的可控硅调光器， 由于可控硅维持电流不同， 功率越大， 维持 电流越大， 如果调光到小的电流时， 维持电流不够， 则导致可控硅导通角不稳定， 输出的 波形会不均匀， 而且会产生颤动和尖峰， 当将这样不稳定的输出加到 LED时， 就会产生闪 烁。 另外采用模拟调光还存在系统响应较慢， 产生调光延时。 另外一种调光方法是脉宽调 光。 通过采样调光器输出的调光脉宽信息， 经过处理。 产生一个脉宽信号控制 LED驱动器 的输出导通占空比从而改变输出功率。这种控 制方法优点是输出的是脉宽信号， 该信号控 制 LED的导通时间， 不影响 LED电流大小， 不会导致光谱偏移， 市面上已有相应的脉宽调 光方案存在， 如国家半导体所推出的 LM3445方案。 该方案可以输出 400Hz的脉宽信号控 制信号来完成脉宽调光方案。但要实现该方案 要求其 LED驱动器的输入必须有足够的输入 功率或能量从而输出相应的 LED驱动电流。通常在电源输入端加入一个或若 干大电容用于 储能以保证当脉宽信号控制信号来时能输出相 应的 LED驱动电流。而在 LED灯泡照明应用 中， 由于空间的限制， LED 驱动器需要工作在比较高的环境温度下。 故不希望在输入电 源端接入大电容而影响 LED驱动器及 LED灯泡的寿命。 要使得 LED驱动器及 LED灯泡长寿命， 又能保持脉宽调光方案的特点， 这希望脉宽 调光方案的频率能与调光器输出的调光脉宽频 率相同，并且输出脉宽必须包含在调光器输 出的调光脉宽中。这样能够保证当调光脉宽控 制信号有效时电源能提供功率， 能够输出相 应的 LED驱动电流。 发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于 LED照明调光控制装置， 使用该装置能实现 调光脉宽频率与调光器输出调光信号同频 （例如交流电 50Hz或 60Hz， 经过整流之后变成 100Hz或 120Hz， 调光输出脉宽频率就是 100HZ或 120Hz )。

为了解决上述技术问题， 本发明提供一种用于 LED照明调光控制装置， 包括提取调光 器输出同频脉宽信号功能块、脉宽信号处理功 能块和同频调光脉宽信号输出功能块； 提取 调光器输出同频脉宽信号功能块、脉宽信号处 理功能块和同频调光脉宽信号输出功能块依 次相连； 提取调光器输出同频脉宽信号功能块和同频调 光脉宽信号输出功能块相连； 提取调光器输出同频脉宽信号功能块的输入和 同频调光脉宽信号输出功能块的输出 为同频；且同频调光脉宽信号输出功能块的输 出脉宽包含在提取调光器输出同频脉宽信号 功能块的输入调光脉宽中 （如图 7所述）。

作为本发明的用于 LED照明调光控制装置的改进（如图 2所述）： 提取调光器输出同频 脉宽信号功能块包括交流电源过零点检测模块 、调光器输出脉宽信号检测模块、 交流电同 步电路模块和调光器输出脉宽相位计算模块； 调光器输出脉宽相位计算模块分别与交流电 源过零点检测模块、 调光器输出脉宽信号检测模块、 交流电同步电路模块相连； 交流电源 过零点检测模块与交流电同步电路模块相连； 调光器输出脉宽相位计算模块分别与脉宽信 号处理功能块和同频调光脉宽信号输出功能块 相连。

提取调光器输出同频脉宽信号功能块通过检测 输入交流电源零点检测，得到交流电零 点， 作为相位计量的起始点， 交流电同步电路模块产生与输入交流电源频率 成倍数的时钟 信号； 调光输出脉宽信号检测模块测量调光输入的脉 宽的起始点或结束点（根据前调光或 后调光）， 通过调光器输出脉宽相位计算模块根据相位计 量的起始点和输入的脉宽的起始 点或结束点 （根据前调光或后调光）计算出相应的相位数 值； 该数值作为当前周期的调光 器输出脉宽采样值输出，另外提取调光器输出 同频脉宽信号功能块还输出与输入交流电源 频率成倍数的时钟信号和相应的相位起始点信 号。

作为本发明的用于 LED照明调光控制装置的进一步改进（如图 3所述）： 脉宽信号处理 功能块包括依次相连的调光动作或调光输出脉 宽抖动判断模块、调光脉宽抖动消除判断模 块和干扰消除判断模块； 调光动作或调光输出脉宽抖动判断模块和干扰 消除判断模块相 连； 调光输出脉宽抖动判断模块与调光器输出脉宽 相位计算模块相连； 干调光输出脉宽抖 动判断模块与同频调光脉宽信号输出功能块相 连。

脉宽信号处理功能块的输入信号与调光动作或 输出脉宽抖动判断模块相连。脉宽信号 处理功能块根据提取调光器输出同频脉宽信号 功能块输出的调光器输出脉宽相位数值来 判断和确定本周期的调光器输出是抖动的脉宽 还是调光器发生调光动作的脉宽。如果是调 光动作， 经过干扰消除之后， 将新的调光器输出脉宽数值存储作为下周期判 断参考值。

作为本发明的用于 LED照明调光控制装置的进一步改进 （如图 4所示） ： 同频调光脉 宽信号输出功能块包括功率因数控制脉宽产生 电路、输出脉宽修正电路和调光脉宽合成输 出电路； 功率因数控制脉宽产生电路、输出脉宽修正电 路分别与调光脉宽合成输出电路相 连； 功率因数控制脉宽产生电路与调光器输出脉宽 相位计算模块相连； 输出脉宽修正电路 与调光输出脉宽抖动判断模块相连。

提取调光器输出同频脉宽信号功能块输出作为 功率因数控制脉宽产生电路的输入。脉 宽信号处理功能块的输出作为输出脉宽修正电 路的输入。 同频调光脉宽信号输出功能块 3 以交流过零点为参考点， 产生与功率因数控制相关的信号， 用于提高 LED驱动器的功率因 数。 另外根据脉宽信号处理功能块存储的调光器输 出相位数值， 输出一个同频的脉宽调光 信号， 该信号经过处理， 保证最终输出的脉宽包含在调光器输出的电源 电压波形之内， 再 经功率因数控制信号合成， 最终得到调光输出脉宽。

作为本发明的用于 LED照明调光控制装置的进一步改进：

提取调光器输出同频脉宽信号功能块包括交流 过零检测模块、调光输入检测模块、锁 相环电路和调光相位输出模块； 调光相位输出模块分别与交流过零检测模块、 调光输入检 测模块和锁相环电路相连； 交流过零检测模块和锁相环电路相连；

脉宽信号处理功能块包括依次相连的调光相位 存储模块、相位区间判断模块和延时模 块， 延时模块与调光相位存储模块相连； 调光相位输出模块与调光相位存储模块相连； 同频调光脉宽信号输出功能块包括产生 120°固定脉宽电路、产生无抖动脉宽电路和调 光输出电路； 产生 120°固定脉宽电路和产生无抖动脉宽电路分别� ��调光输出电路相连； 调 光相位存储模块与产生无抖动脉宽电路相连， 调光相位输出模块与产生 120°固定脉宽电路 相连。

本发明的同频脉宽调光方法， 针对 LED调光器调光应用， 解决既保证可以调节 LED输 出功率， 同时又不影响 LED光谱迁移， 并且无需在输入电源端接入大电容。 本发明的优点是本发明采用脉宽输出控制 LED驱动器输出， 不改变 LED驱动器输出瞬 时电流， 只改变输出占空比， 所以不会引入光谱迁移。

本发明的优点是在调光器输出小的脉宽时， 因为 LED驱动器输出的瞬时电流不改变， 不会导致可控硅调光器维持电流不够而导致 LED闪烁。

本发明的优点是利用很少的电路产生功率因数 控制信号， 提高了功率因数， 降低系统 实现成本。

本发明的优点是输出脉宽完全包含在调光器输 出的电源电压波形之内， 不要求在电源 输入端外接大电容， 既降低成本又能保证 LED灯泡的使用寿命。

本发明的优点是没有低频滤波， 调光响应不受影响， 反应速度快。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一 步详细说明。

图 1 是本发明的用于 LED照明调光控制装置的连接关系示意图；

图 1中： In—交流电源输入， Out——调光脉宽输出；

图 2是图 1中的提取调光器输出同频脉宽信号功能块 1的连接关系示意图； 图 2中： In——交流电源输入， Out——输出；

图 3是图 1中的脉宽信号处理功能块 2的连接关系示意图；

图 3中： In——输入， Out——输出

图 4是图 1中的同频调光脉宽信号输出功能块 3的连接关系示意图；

图 4中： Inl, In2——输入， Out——输出

图 5 本发明的具体实施例 1的电路原理图；

图 6 本发明具体实施例 2的电路原理图；

图 7是同频调光脉宽信号输出功能块 3的输出脉宽与提取调光器输出同频脉宽信号� � 能块 1输入调光脉宽的示意图。

具体实施方式

实施例 1、 一种用于 LED照明调光控制装置， 如图 5所示， 由提取调光器输出同频脉 宽信号功能块 1、 脉宽信号处理功能块 2和同频调光脉宽信号输出功能块 3这三大组件组 成。

提取调光器输出同频脉宽信号功能块 1 包括交流过零检测模块 14、 调光输入检测模 块 15、 锁相环电路 16和调光相位输出模块 17; 调光相位输出模块 17分别与交流过零检 测模块 14、 调光输入检测模块 15和锁相环电路 16相连； 交流过零检测模块 14和锁相环 电路 16相连。

所述脉宽信号处理功能块 2包括依次相连的调光相位存储模块 18、 相位区间判断模 块 19和延时模块 20， 延时模块 20与调光相位存储模块 18相连； 调光相位输出模块 17 与调光相位存储模块 18相连。

所述同频调光脉宽信号输出功能块 3包括产生 120°固定脉宽电路 21、 产生无抖动脉 宽电路 22和调光输出电路 23 ; 产生 120°固定脉宽电路 21和产生无抖动脉宽电路 22分别 与调光输出电路 23相连； 调光相位存储模块 18与产生无抖动脉宽电路 22相连， 调光相 位输出模块 17与产生 120°固定脉宽电路 21相连。

实际工作内容如下：

1、 交流过零检测模块 14 可由比较器电路构成； 通过使用该比较器电路判断交流输 入电源的过零点， 比较器输入端分别接一个很低的电压 （150mV) 和交流输入采样电压， 比较器输出信号分别作为调光相位输出模块 17的相位计数的起始点和锁相环电路 16同步 信号。 锁相环根据该同步信号产生交流电频率的同步 倍频信号， 作为电路工作的主时钟。

调光输入检测模块 15负责获取调光输入的起始或者结束点，并进� ��信号整形等处理； 实际应用中使用的调光器有前调光和后调光两 种： 对于前调光， 采样调光起始点， 对于后 调光， 采样结束点。

锁相环电路 16产生交流电频率的同步倍频信号， 作为电路工作的主时钟； 交流过零 检测模块 14将处理后的过零信号传递给锁相环电路 16， 作为同步信号。

交流过零检测模块 14、 调光输入检测模块 15 和锁相环电路 16 分别将各自处理后的 信号传递给调光相位输出模块 17， 由调光相位输出模块 17负责计算处理， 交流输入电源过 零点作为相位计数器起始点，锁相环输出的时 钟作为计数时钟。用以计数调光输入的相位， 得到一个数值作为调光输出参考点， 作为调光输入的相位数据。

2、调光相位输出模块 17将处理后的信号分别传送至调光相位存储模� �� 18和产生 120° 固定脉宽电路 21， 下面分成 2路进行表述：

1 )、调光相位存储模块 18负责将接收到的信号进行存储； 然后传递至相位区间判断 模块 19， 由相位区间判断模块 19负责进行判断处理； 通过判断当前周期调光输入相位是 否处于存储的相位值附近区间范围来确定是抖 动还是调光； 设计时， 计数时钟频率为交流 电源的 128倍频， 判断的相位范围是 3个计数周期； 假设本次计数得到的相位数值是 b， 相位平均值是 a， 我们只要判断 b是否等于 a， a-1, a+1；就可以确定本次相位数值是否在 相位范围之内； 如果在该设定的范围， 则判断是抖动， 如果不在该相位范围之内， 则认为 是调光， 输出判断结果。 相位区间判断模块 19将判断后的信号传递至延时模块 20， 由延 时模块 20 负责干扰判断处理； 连续判断 240次计数延时， 延时结束如果仍然不相同， 则 认为确实是调光， 否则是抖动或干扰， 如果中途发现一次相同， 延时计数重置， 继续判断 是否连续 240次不同。 延时模块 20再将处理后的信号返回至调光相位存储模块 18， 其目 的和作用是根据延时模块 20判断的结果来判定是抖动还是调光， 如果是调光则控制相位 存储模块存储新的相位数据， 如果是抖动， 则存储模块数据不变；

调光相位存储模块 18将延时模块 20所返回的信号传递至产生无抖动脉宽电路 22; 由产生无抖动脉宽电路 22负责产生一个脉宽信号， 然后再传递至调光输出电路 23。

2 )、 产生 120°固定脉宽电路 21 负责将接收到的过零点信号以及时钟信号进行 处理， 产生一个固定起始点 30°和固定结束点 150°的固定脉宽信号； 然后再传递至调光输出电路 23。

3 )、 调光输出电路 23根据接收到的 2种信号进行处理， 最终得出无抖动调光脉宽信 号。

实施例 2、 见图 6所示， 图 5中的锁相环电路 16可以用倍频电路 26替换， 其余同实 施例 1。 倍频电路 26通过一个高频时钟电路计量交流周期， 根据计量的值和交流过零点， 产生一个与输入交流电源同步并且固定倍频的 时钟， 该时钟信号作为主时钟信号， 用于相 位计量， 脉宽产生以及判断等。 其它实现方法与实例 1相同。

具体实现电路图 5和图 6采用数模混合电路实现， 具有实现电路简单可靠， 抗干扰 能力强等特点。 该电路容易增加附加功能模块， 通过增加简单的电路实现了功率因数控制 信号， 降低了系统实现成本。 该电路修改参数方便， 通过调整时钟周期， 可以修改相位区 间判断的范围大小， 提高消除抖动的能力； 通过修改延时计数的值， 可以修改调光响应时 间以及抗干扰能力。 另外电路验证， 修改以及移植简单， 可适用于不同的加工工艺。 由本 发明方案所控制的 LED驱动器可与目前市场上已有的前、 后沿调光器匹配应用。

最后， 还需要注意的是， 以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。 显然， 本发明 不限于以上实施例， 还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能 从本发明公开的内容直 接导出或联想到的所有变形， 均应认为是本发明的保护范围。