TW201328420A - Led驅動裝置和驅動方法以及控制器 - Google Patents
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Abstract
本發明公開了一種LED驅動裝置和驅動方法以及控制器。該控制器包括：調光信號產生電路，電耦接至可控矽調光器，根據交流切相電壓產生調光信號，該調光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調節且與交流切相電壓的導通角一一對應；調光信號處理電路，電耦接至調光信號產生電路，根據調光信號產生調光處理信號，該調光處理信號的占空比為調光信號的占空比與一預設占空比之和；以及開關控制電路，電耦接至調光信號處理電路，根據調光處理信號和與流過LED的電流相關的回饋信號產生控制信號，以控制開關變換器中開關管的導通與關斷。
Description
本發明的實施例涉及一種LED驅動裝置，特別地，涉及適用於可控矽調光的LED驅動裝置和驅動方法，以及用於該驅動裝置的控制器。
如今，以LED（Light Emitting Diode，發光二極體）取代傳統的燈泡已成為照明技術發展的一個主要趨勢，然而如何使LED驅動裝置與傳統的可控矽調光器相容是一個難題。傳統的可控矽調光器是為純阻性負載（諸如白熾燈和碘鎢燈）設計的，其基本原理是通過調節三端雙向可控矽開關管（TRIAC）的導通時間來控制交流電源向負載傳遞的能量，進而達到調光的目的。由於LED並不具有純阻性負載特性，因而採用傳統的可控矽調光器對LED進行調光很難達到良好的效果。
第1圖為典型的可控矽調光器的電路圖，包括三端雙向可控矽開關管TR1、電位器POT1、電容器C1、雙向觸發二極體D1以及電阻器R1和R2。電位器POT1、電容器C1以及電阻器R1和R2構成移相觸發網路。當電容器C1兩端的電壓上升至雙向觸發二極體D1的轉折電壓（例如30V）時，雙向觸發二極體D1擊穿。三端雙向可控矽開關管TR1被觸發導通，其兩端的電壓瞬間變為零，電容器C1通過電阻器R1、R2以及電位器POT1迅速放電。三端雙向可控矽開關管TR1一旦被觸發導通，將持續導通至交流輸入電壓 過零或流過三端雙向可控矽開關管TR1的電流小於維持電流時方會關斷。
調節電位器POT1可改變電容器C1的充電時間常數，從而改變傳遞至負載的電壓——交流切相電壓Vtr的導通角。該導通角對應於三端雙向可控矽開關管TR1在一個供電週期內的導通時間。在電位器POT1調節到最大值時，電位器POT1相當於開路，電阻器R1與R2串聯，此時交流切相電壓Vtr達到其最小導通角。在電位器POT1調節到零電阻時，電位器POT1相當於短路，此時交流切相電壓Vtr達到其最大導通角。
第2圖為現有的LED驅動裝置的電路圖。可控矽調光器接收來自交流電源的交流輸入電壓Vac(通常為110V-220V)，並輸出導通角受控的交流切相電壓Vtr。整流橋將交流切相電壓Vtr轉換為直流切相電壓Vbus。包括開關管S1、變壓器T1和二極體D2的反激變換器接收直流切相電壓Vbus，並將其轉換為驅動信號以驅動LED燈串。比較器COM1將代表直流切相電壓Vbus的電壓採樣信號Vsense1與閾值Vth1進行比較，並產生調光信號DIM。誤差放大器EA將調光信號DIM和代表流過LED電流的回饋信號FB進行比較，並產生補償信號COMP。邏輯電路根據補償信號COMP產生控制信號CTRL以控制開關管S1的導通與關斷。
第3圖為第2圖所示LED驅動裝置的波形圖。當電壓採樣信號Vsense1大於閾值Vth1時，調光信號DIM的值等於VH（VH>0）；當電壓採樣信號Vsense1小於閾值Vth1時，調光信號DIM的值等於0。在誤差放大器EA和邏輯電路的作用下，回饋信號FB跟隨調光信號DIM的平均值，被調節至D*VH，其中D為調光信號DIM的占空比，與直流切相電壓Vbus的導通角一一對應。
由第1圖可知，在電位器POT1阻值相同的情況下，對不同的交流輸入電壓 而言，電容器C1兩端的電壓上升到雙向觸發二極體D1的轉折電壓所需的時間不同，即交流切相電壓Vtr的導通角不同。因此，第2圖所示的LED驅動裝置在不同的交流輸入電壓Vac下，LED的最大亮度和/或最小亮度不同。
此外，對於不同的可控矽調光器，由於其內部參數的製作差異，即使在相同的交流輸入電壓Vac下，LED的最大亮度和/或最小亮度也不同。
而且，由於電阻器R1的存在，交流切相電壓Vtr的導通角不會等於零，使得LED不能被調節至完全熄滅。在高交流輸入電壓Vac的情況下，LED亮度的調節範圍十分有限。
不僅如此，第2圖所示LED驅動裝置的輸入調整率也不佳。在不使用可控矽調光器時（此時交流切相電壓Vtr等於交流輸入電壓Vac），在不同的交流輸入電壓Vac下，直流切相電壓Vbus達到閾值Vth1的時刻不同，導致調光信號DIM的占空比D不同，因而LED的亮度也不同。
第1圖為典型的可控矽調光器的電路圖，包括三端雙向可控矽開關管TR1、電位器POT1、電容器C1、雙向觸發二極體D1以及電阻器R1和R2。電位器POT1、電容器C1以及電阻器R1和R2構成移相觸發網路。當電容器C1兩端的電壓上升至雙向觸發二極體D1的轉折電壓（例如30V）時，雙向觸發二極體D1擊穿。三端雙向可控矽開關管TR1被觸發導通，其兩端的電壓瞬間變為零，電容器C1通過電阻器R1、R2以及電位器POT1迅速放電。三端雙向可控矽開關管TR1一旦被觸發導通，將持續導通至交流輸入電壓
調節電位器POT1可改變電容器C1的充電時間常數，從而改變傳遞至負載的電壓——交流切相電壓Vtr的導通角。該導通角對應於三端雙向可控矽開關管TR1在一個供電週期內的導通時間。在電位器POT1調節到最大值時，電位器POT1相當於開路，電阻器R1與R2串聯，此時交流切相電壓Vtr達到其最小導通角。在電位器POT1調節到零電阻時，電位器POT1相當於短路，此時交流切相電壓Vtr達到其最大導通角。
第2圖為現有的LED驅動裝置的電路圖。可控矽調光器接收來自交流電源的交流輸入電壓Vac(通常為110V-220V)，並輸出導通角受控的交流切相電壓Vtr。整流橋將交流切相電壓Vtr轉換為直流切相電壓Vbus。包括開關管S1、變壓器T1和二極體D2的反激變換器接收直流切相電壓Vbus，並將其轉換為驅動信號以驅動LED燈串。比較器COM1將代表直流切相電壓Vbus的電壓採樣信號Vsense1與閾值Vth1進行比較，並產生調光信號DIM。誤差放大器EA將調光信號DIM和代表流過LED電流的回饋信號FB進行比較，並產生補償信號COMP。邏輯電路根據補償信號COMP產生控制信號CTRL以控制開關管S1的導通與關斷。
第3圖為第2圖所示LED驅動裝置的波形圖。當電壓採樣信號Vsense1大於閾值Vth1時，調光信號DIM的值等於VH（VH>0）；當電壓採樣信號Vsense1小於閾值Vth1時，調光信號DIM的值等於0。在誤差放大器EA和邏輯電路的作用下，回饋信號FB跟隨調光信號DIM的平均值，被調節至D*VH，其中D為調光信號DIM的占空比，與直流切相電壓Vbus的導通角一一對應。
由第1圖可知，在電位器POT1阻值相同的情況下，對不同的交流輸入電壓
此外，對於不同的可控矽調光器，由於其內部參數的製作差異，即使在相同的交流輸入電壓Vac下，LED的最大亮度和/或最小亮度也不同。
而且，由於電阻器R1的存在，交流切相電壓Vtr的導通角不會等於零，使得LED不能被調節至完全熄滅。在高交流輸入電壓Vac的情況下，LED亮度的調節範圍十分有限。
不僅如此，第2圖所示LED驅動裝置的輸入調整率也不佳。在不使用可控矽調光器時（此時交流切相電壓Vtr等於交流輸入電壓Vac），在不同的交流輸入電壓Vac下，直流切相電壓Vbus達到閾值Vth1的時刻不同，導致調光信號DIM的占空比D不同，因而LED的亮度也不同。
考慮到現有技術中的一個問題或者多個問題，提出了一種LED驅動裝置和驅動方法以及控制器。
依據本發明實施例提出的一種用於LED驅動裝置的控制器，該LED驅動裝置包括可控矽調光器、整流橋和開關變換器，可控矽調光器接收交流輸入電壓並產生導通角受控的交流切相電壓，整流橋電耦接至可控矽調光器，對交流切相電壓進行整流並產生直流切相電壓，開關變換器電耦接至整流橋，包括至少一個開關管，通過該至少一個開關管的導通與關斷將直流切相電壓轉換為驅動信號以驅動LED，該控制電路包括：調光信號產生電路，電耦接至可控矽調光器，根據交流切相電壓產生調光信號，該調光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調節且與交流切相電壓的導通角一一對應；調光信號處理電路，電耦接至調光信號產生電路，根據調光信號產生調光處理信號，該調光處理信號的占空比等於調光信號的占空比與一預設占空比之和；以及開關控制電路，電耦接至調光信號處理電路，根據調光處理信號和與流過LED的電流相關的回饋信號產生控制信號，以控制開關變換器中開關管的導通與關斷。
依據本發明實施例提出的一種LED驅動裝置，包括如前所述的用於LED驅動裝置的控制器。
依據本發明實施例提出的一種用於LED驅動裝置的控制器，該LED驅動裝置包括可控矽調光器、整流橋和開關變換器，可控矽調光器接收交流輸入電壓並產生導通角受控的交流切相電壓，整流橋電耦接至可控矽調光器，對交流切相電壓進行整流並產生直流切相電壓，開關變換器電耦接至整流橋，包括至少一個開關管，通過該至少一個開關管的導通與關斷將直流切相電壓轉換為驅動信號以驅動LED，該控制電路包括：調光信號產生電路，電耦接至可控矽調光器，根據交流切相電壓產生調光信號，該調光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調節且與交流切相電壓的導通角一一對應；參考信號產生電路，電耦接至調光信號產生電路，根據調光信號產生參考信號，其中該參考信號的平均值等於調光信號的占空比與第一常數的乘積和第二常數之差，第一常數大於第二常數；以及開關控制電路，電耦接至參考信號產生電路，根據參考信號和與流過LED的電流相關的回饋信號產生控制信號，以控制開關變換器中開關管的導通與關斷。
依據本發明實施例提出的一種LED驅動方法，包括：從可控矽調光器接收導通角受控的交流切相電壓；對交流切相電壓進行整流，產生直流切相電壓；通過開關變換器將直流切相電壓轉換為驅動信號以驅動LED；根據交流切相電壓產生調光信號，該調光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調節並與交流切相電壓的導通角一一對應；根據調光信號產生調光處理信號，該調光處理信號的占空比等於調光信號的占空比與一預設占空比之和；產生與流過LED的電流有關的回饋信號；以及根據調光處理信號和回饋信號產生控制信號，以控制開關變換器中開關管的導通與關斷。
依據本發明實施例提出的一種LED驅動方法，包括：從可控矽調光器接收導通角受控的交流切相電壓；對交流切相電壓進行整流，產生直流切相電壓；通過開關變換器將直流切相電壓轉換為驅動信號以驅動LED；根據交流切相電壓產生調光信號，該調光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調節並與交流切相電壓的導通角一一對應；根據調光信號產生參考信號，其中參考信號的平均值等於調光信號的占空比與第一常數的乘積和第二常數之差，第一常數大於第二常數；產生與流過LED的電流有關的回饋信號；以及根據參考信號和回饋信號產生控制信號，以控制開關變換器中開關管的導通與關斷。
依據本發明實施例提出的一種用於LED驅動裝置的控制器，該LED驅動裝置包括可控矽調光器、整流橋和開關變換器，可控矽調光器接收交流輸入電壓並產生導通角受控的交流切相電壓，整流橋電耦接至可控矽調光器，對交流切相電壓進行整流並產生直流切相電壓，開關變換器電耦接至整流橋，包括至少一個開關管，通過該至少一個開關管的導通與關斷將直流切相電壓轉換為驅動信號以驅動LED，該控制電路包括：調光信號產生電路，電耦接至可控矽調光器，根據交流切相電壓產生調光信號，該調光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調節且與交流切相電壓的導通角一一對應；調光信號處理電路，電耦接至調光信號產生電路，根據調光信號產生調光處理信號，該調光處理信號的占空比等於調光信號的占空比與一預設占空比之和；以及開關控制電路，電耦接至調光信號處理電路，根據調光處理信號和與流過LED的電流相關的回饋信號產生控制信號，以控制開關變換器中開關管的導通與關斷。
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依據本發明實施例提出的一種用於LED驅動裝置的控制器，該LED驅動裝置包括可控矽調光器、整流橋和開關變換器，可控矽調光器接收交流輸入電壓並產生導通角受控的交流切相電壓，整流橋電耦接至可控矽調光器，對交流切相電壓進行整流並產生直流切相電壓，開關變換器電耦接至整流橋，包括至少一個開關管，通過該至少一個開關管的導通與關斷將直流切相電壓轉換為驅動信號以驅動LED，該控制電路包括：調光信號產生電路，電耦接至可控矽調光器，根據交流切相電壓產生調光信號，該調光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調節且與交流切相電壓的導通角一一對應；參考信號產生電路，電耦接至調光信號產生電路，根據調光信號產生參考信號，其中該參考信號的平均值等於調光信號的占空比與第一常數的乘積和第二常數之差，第一常數大於第二常數；以及開關控制電路，電耦接至參考信號產生電路，根據參考信號和與流過LED的電流相關的回饋信號產生控制信號，以控制開關變換器中開關管的導通與關斷。
依據本發明實施例提出的一種LED驅動方法，包括：從可控矽調光器接收導通角受控的交流切相電壓；對交流切相電壓進行整流，產生直流切相電壓；通過開關變換器將直流切相電壓轉換為驅動信號以驅動LED；根據交流切相電壓產生調光信號，該調光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調節並與交流切相電壓的導通角一一對應；根據調光信號產生調光處理信號，該調光處理信號的占空比等於調光信號的占空比與一預設占空比之和；產生與流過LED的電流有關的回饋信號；以及根據調光處理信號和回饋信號產生控制信號，以控制開關變換器中開關管的導通與關斷。
依據本發明實施例提出的一種LED驅動方法，包括：從可控矽調光器接收導通角受控的交流切相電壓；對交流切相電壓進行整流，產生直流切相電壓；通過開關變換器將直流切相電壓轉換為驅動信號以驅動LED；根據交流切相電壓產生調光信號，該調光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調節並與交流切相電壓的導通角一一對應；根據調光信號產生參考信號，其中參考信號的平均值等於調光信號的占空比與第一常數的乘積和第二常數之差，第一常數大於第二常數；產生與流過LED的電流有關的回饋信號；以及根據參考信號和回饋信號產生控制信號，以控制開關變換器中開關管的導通與關斷。
第1圖為典型的雙向可控矽調光器的電路圖；
第2圖為現有的LED驅動裝置的電路圖；
第3圖為第2圖所示LED驅動裝置的波形圖；
第4圖為根據本發明一實施例的LED驅動裝置的示意性框圖；
第5圖為根據本發明一實施例的第4圖所示LED驅動裝置的調光曲線圖；
第6圖為根據本發明一實施例的LED驅動裝置的示意性電路圖；
第7圖為根據本發明一實施例的調光信號處理電路的示意性電路圖；
第8圖為根據本發明一實施例的第7圖所示調光信號處理電路的波形圖；
第9圖為根據本發明一實施例的LED驅動裝置的示意性電路圖；
第10A圖和第10B圖為根據本發明一實施例的第9圖所示LED驅動裝置的波形圖；
第11圖為根據本發明另一實施例的LED驅動裝置的示意性電路圖；
第12圖為根據本發明一實施例的LED驅動方法的流程圖。
第2圖為現有的LED驅動裝置的電路圖；
第3圖為第2圖所示LED驅動裝置的波形圖；
第4圖為根據本發明一實施例的LED驅動裝置的示意性框圖；
第5圖為根據本發明一實施例的第4圖所示LED驅動裝置的調光曲線圖；
第6圖為根據本發明一實施例的LED驅動裝置的示意性電路圖；
第7圖為根據本發明一實施例的調光信號處理電路的示意性電路圖；
第8圖為根據本發明一實施例的第7圖所示調光信號處理電路的波形圖；
第9圖為根據本發明一實施例的LED驅動裝置的示意性電路圖；
第10A圖和第10B圖為根據本發明一實施例的第9圖所示LED驅動裝置的波形圖；
第11圖為根據本發明另一實施例的LED驅動裝置的示意性電路圖；
第12圖為根據本發明一實施例的LED驅動方法的流程圖。
下面將詳細描述本發明的具體實施例，應當注意，這裏描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本發明。在以下描述中，為了提供對本發明的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，對於本領域普通技術人員顯而易見的是：不必採用這些特定細節來實行本發明。在其他實例中，為了避免混淆本發明，未具體描述公知的電路、材料或方法。
在整個說明書中，對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著：結合該實施例或示例描述的特定特徵、結構或特性被包含在本發明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當的組合和/或子組合將特定的特徵、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，並且附圖不一定是按比例繪製的。應當理解，當稱元件“連接到”或“耦接到”另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這裏使用的術語“和/或”包括一個或多個相關列出的專案的任何和所有組合。
第4圖為根據本發明一實施例的LED驅動裝置的示意性框圖，包括可控矽調光器401、整流橋402、開關變換器403、回饋電路408和用於LED驅動裝置的控制器。該控制器包括調光信號產生電路404、調光信號處理電路405和開關控制電路407。可控矽調光器401接收交流輸入電壓Vac，產生導通角受控的交流切相電壓Vtr。整流橋402電耦接至可控矽調光器401，對交流切相電壓Vtr進行整流，產生直流切相電壓Vbus。開關變換器403電耦接至整流橋402，包括至少一個開關管。開關變換器403通過該至少一個開關管的導通與關斷將直流切相電壓Vbus轉換為驅動信號以驅動LED。開關變換器403可以採用升降壓電路、降壓電路、反激電路等直流/直流拓撲結構，其中的開關管可以是任何可控半導體開關裝置，例如金屬氧化物半導體場效應電晶體（MOSFET）、絕緣柵雙極電晶體（IGBT）等。
回饋電路408電耦接或磁耦接至開關變換器403，產生與流過LED的電流相關的回饋信號FB。在一個實施例中，回饋電路408包括串聯耦接至LED的採樣電阻器。
調光信號產生電路404電耦接至可控矽調光器401，根據交流切相電壓Vtr產生調光信號DIM，該調光信號DIM的占空比受交流切相電壓Vtr的導通角調節，並與交流切相電壓Vtr的導通角一一對應。在一個實施例中，調光信號產生電路404包括第一比較電路，該第一比較電路將代表直流切相電壓Vbus-的電壓採樣信號與第一閾值進行比較，以產生調光信號DIM。在另一個實施例中，調光信號產生電路404通過整流電路將交流切相電壓Vac轉換為第二直流切相電壓，並將該第二直流切相電壓與一閾值進行比較，以產生調光信號DIM。在又一個實施例中，調光信號產生電路404將交流切相電壓Vtr與兩閾值進行比較，以產生調光信號，其中該兩個閾值符號相反而絕對值相同。
調光信號處理電路405電耦接至調光信號產生電路404，根據調光信號DIM產生調光處理信號PRO，該調光處理信號PRO的占空比等於調光信號DIM的占空比D與預設占空比D1之和。開關控制電路407電耦接至調光信號處理電路405和回饋電路408，根據調光處理信號PRO和回饋信號FB產生控制信號CTRL，以控制開關變換器403中開關管的導通與關斷。
預設占空比D1的值一般選取為略大於1-Dmax，其中Dmax為占空比D的額定最大值。在一個實施例中，Dmax等於80%，D1等於25%。由於調光處理信號PRO的占空比等於調光信號DIM的占空比D與預設占空比D1之和，當調光信號DIM的占空比D大於或等於1-D1時，調光處理信號PRO的占空比均為1，使得LED在不同條件下的最大亮度均相同。
在一個實施例中，控制器還可以包括參考信號產生電路406。參考信號產生電路406電耦接在調光信號處理電路405和開關控制電路407之間，根據調光處理信號PRO產生參考信號REF。參考信號REF的平均值等於調光處理信號PRO的占空比與常數K1的乘積和常數K2之差，其中K1、K2均為正數且K1大於K2，即參考信號REF的平均值等於K1*（D+D1）-K2。開關控制電路407根據參考信號REF和回饋信號FB，產生控制信號CTRL。常數K1和K2的值一般選取為使K2/K1略大於D1+Dmin，其中Dmin為占空比的額定最小值。
在一個實施例中，參考信號REF為交流脈衝信號，其占空比等於調光處理信號PRO的占空比，參考信號REF在高電平時段為正，在低電平時段為負。在另一個實施例中，參考信號REF為直流脈衝信號，其占空比等於K1*（D+D1）-K2。在一個實施例中，調光信號DIM的占空比D被轉換為數位信號，調光信號處理電路405和參考信號產生電路406由數位信號處理電路通過運行相關程式來實現。
在一個實施例中，開關控制電路407將參考信號REF濾波為直流電平信號，然後將該直流電平信號與三角波比較，並用該比較產生的信號對LED進行PWM調光。在另一個實施例中，開關控制電路407將參考信號REF和回饋信號FB進行比較，產生補償信號，並根據該補償信號產生控制信號CTRL。開關控制電路407可採用准諧振控制、定頻峰值電流控制、恆定導通時間控制、關斷時間控制等控制方式。開關控制電路407還可具有功率因數校正功能。
第5圖為根據本發明一實施例的第4圖所示LED驅動裝置的調光曲線圖。當調光信號DIM的占空比D大於或等於1-D1時，調光處理信號PRO的占空比等於1，流過LED的電流等於I1，LED達到其最大亮度。當調光信號DIM的占空比D小於或等於K2/K1-D1時，參考信號REF的平均值等於零，流過LED的電流等於0，LED熄滅。
儘管在不同的交流輸入電壓Vac下或採用不同的可控矽調光器時，交流切相電壓Vtr的最大導通角不同，但其對應的調光處理信號PRO的占空比均為1，因而LED的最大亮度相同。同理，儘管交流切相電壓Vtr的最小導通角在不同條件下不同，但其對應的參考信號REF的平均值均為0，因而LED的最小亮度相同。由於LED的最小亮度為0，LED的亮度調節範圍得到了很大的擴展。
此外，第4圖所示LED驅動裝置的輸入調整率很好。在不使用可控矽調光器時，在不同的交流輸入電壓Vac下，雖然調光信號DIM的占空比不同，但由於其對應的調光處理信號PRO的占空比均為1，因而LED的亮度相同。
第6圖為根據本發明一實施例的LED驅動裝置的電路圖，包括可控矽調光器601、整流橋602、開關變換器、調光信號產生電路604、調光信號處理電路605、參考信號產生電路606、開關控制電路607、回饋電路608和電壓採樣電路609。開關變換器採用反激拓撲結構，包括變壓器T1、開關管S1和二極體D2。二極體D2也可採用同步開關管來代替。電壓採樣電路609電耦接至整流橋602的輸出端，採樣直流切相電壓Vbus並產生電壓採樣信號 。在一個實施例中，電壓採樣電路609包括電阻分壓器。
調光信號產生電路604包括比較器COM1。比較器COM1的同相輸入端電耦接至電壓採樣電路609以接收電壓採樣信號Vsense1，反相輸入端接收閾值Vth1，輸出端提供調光信號DIM。開關控制電路607包括誤差放大器EA和邏輯電路610。誤差放大器EA電耦接至參考信號產生電路606和回饋電路608，根據參考信號REF和回饋信號FB產生補償信號COMP。誤差放大器EA可為運算放大器或跨導放大器。邏輯電路610電耦接至誤差放大器EA的輸出端，根據補償信號COMP產生控制信號CTRL以控制開關管S1的導通與關斷。在一個實施例中，在參考信號產生電路606和誤差放大器EA之間還電耦接有濾波電路。
第7圖為根據本發明一實施例的調光信號處理電路705的示意性電路圖。調光信號處理電路705包括反閘NOT1、單觸發電路711、電流源I1、電容器C2、開關管S2、比較器COM2和觸發器FF1。反閘NOT1的輸入端電耦接至調光信號產生電路以接收調光信號DIM。單觸發電路711的輸入端電耦接至反閘NOT1的輸出端。電容器C2具有第一端和第二端，其中第一端電耦接至電流源I1，第二端接地。開關管S2與電容器C2並聯，其門極電耦接至單觸發電路711的輸出端。比較器COM2的同相輸入端電耦接至電容器C2的第一端，反相輸入端接收閾值Vth2。觸發器FF1的置位端電耦接至調光信號產生電路以接收調光信號DIM，重定端電耦接至比較器COM2的輸出端，輸出端提供調光處理信號PRO。
在一個實施例中，調光信號處理電路705還可以包括延時電路712、採樣保持電路713和分壓電路714。採樣保持電路713電耦接至單觸發電路711的輸出端和電容器C2的第一端，對電容器C2兩端電壓的峰值進行採樣和保持，產生採樣保持信號PEAK。延時電路712電耦接在單觸發電路711的輸出端和開關管S2的門極之間，以確保採樣保持電路713能準確及時地採樣到電容器C2兩端電壓的峰值。分壓電路714電耦接至採樣保持電路713，對採樣保持信號PEAK進行分壓，並將該分壓信號作為閾值Vth2提供至比較器COM2的反相輸入端。
在一個實施例中，分壓電路714為電阻分壓器，包括串聯連接的電阻器R3和R4。通過調節分壓電路714的分壓比，可以調節預設占空比D1。在一個實施例中，電阻器R3的阻值為電阻器R4阻值的3倍，即Vth2=PEAK/4，則預設占空比D1等於25%。
第8圖為根據本發明一實施例的第7圖所示電路的波形圖。當可控矽調光器中的三端雙向可控矽開關管導通，調光信號DIM由低電平變為高電平，觸發器FF1被置位。調光處理信號PRO由低電平變為高電平。當交流輸入電壓Vac過零或流過三端雙向可控矽開關管的電流小於維持電流時，三端雙向可控矽開關管關斷，調光信號DIM由高電平變為低電平。單觸發電路711被觸發，並產生一脈衝信號。該脈衝信號觸發採樣保持電路713，使採樣保持電路713對電容器C2兩端的電壓VC進行採樣和保持。分壓電路714對採樣保持信號PEAK進行分壓，產生閾值Vth2。單觸發電路711產生的脈衝信號還通過延時電路712被傳送至開關管S2的門極，使開關管S2導通一預設時間，以將電容器C2兩端的電壓VC放電至零。此後開關管S2關斷，電流源I1對電容器C2進行充電，電容器C2兩端的電壓VC持續增大。當電壓VC增大至大於或大於等於閾值Vth2時，觸發器FF1被重定，調光處理信號PRO由高電平變為低電平。
第9圖為根據本發明一實施例的LED驅動裝置的電路圖，包括可控矽調光器901、整流橋902、開關變換器、調光信號產生電路904、調光信號處理電路905、參考信號產生電路906、開關控制電路、回饋電路、電壓採樣電路909、電流採樣電路917和開關電壓採樣電路918。開關變換器採用反激拓撲結構，包括變壓器T1、開關管S1和二極體D2。變壓器T1具有初級繞組、次級繞組和輔助繞組，開關管S1為NMOS（n型MOSFET）。
參考信號產生電路906包括開關管S3、S4和反閘NOT2。開關管S3包括第一端、第二端和門極，其中第一端接收正電壓VH(VH>0)，門極電耦接至調光信號處理電路905以接收調光處理信號PRO。反閘NOT2的輸入端電耦接至調光信號處理電路905以接收調光處理信號PRO。開關管S4包括第一端、第二端和門極，其中第一端與開關管S3的第二端電耦接在一起以提供參考信號REF，第二端接收負電壓VL(VL<0)，門極電耦接至反閘NOT2的輸出端。
參考信號REF為交流脈衝信號，其占空比等於調光處理信號PRO的占空比D+D1，參考信號REF在高電平時段等於正電壓VH，在低電平時段等於負電壓VL。參考信號REF的平均值等於VH*（D+D1）+VL*(1-D-D1)，即常數K1=VH-VL，K2=-VL。
電流採樣電路917採樣流過開關管S1的電流，並產生電流採樣信號 。在一個實施例中，電流採樣電路917包括電耦接在開關管S1的源極和地之間的採樣電阻器。
開關電壓採樣電路918採樣開關管S1的端電壓，並產生與該電壓相關的開關電壓採樣信號Vsense2。在一個實施例中，開關電壓採樣電路918包括電耦接至變壓器T1輔助繞組的電阻分壓電路。
開關控制電路包括誤差放大器EA和邏輯電路910。誤差放大器EA為運算放大器。邏輯電路910包括乘法電路915、觸發器FF2以及比較器COM3、COM4。乘法電路915電耦接至誤差放大器EA和電壓採樣電路909，將補償信號COMP和電壓採樣信號Vsense1相乘，產生乘積信號MULO。比較器COM3電耦接至乘法電路915和電流採樣電路917，將乘積信號MULO與電流採樣信號 進行比較。比較器COM4電耦接至開關電壓採樣電路918，將開關電壓採樣信號Vsense2與閾值Vth3進行比較。觸發器FF2的復位端電耦接至比較器COM3的輸出端，置位端電耦接至比較器COM4的輸出端，輸出端電耦接至開關管S1的柵極。
當開關管S1導通時，變壓器T1存儲能量，流過開關管S1的電流逐漸增大，電流採樣信號Isense也逐漸增大。當電流採樣信號Isense增大至大於或等於乘積信號MULO時，比較器COM3輸出高電平，將觸發器FF2重定，從而使開關管S1關斷。
在開關管S1關斷時，變壓器T1中存儲的能量被傳送至負載——LED。在變壓器T1中存儲的能量被全部傳送至負載後，變壓器T1的勵磁電感和開關管S1的寄生電容產生諧振。當開關管S1的端電壓諧振至穀底，使開關電壓採樣信號Vsense2減小至小於或等於閾值Vth3時，比較器COM4輸出高電平，將觸發器FF2置位元，從而使開關管S1導通。
在一個實施例中，回饋電路包括輸出電流估算電路916。輸出電流估算電路916電耦接至電流採樣電路917和邏輯電路910，接收電流採樣信號Isense和控制信號CTRL，產生代表流過LED電流的輸出電流估算信號，並將其作為回饋信號FB提供至誤差放大器EA。
第10A圖和第10B圖為根據本發明一實施例的第9圖所示LED驅動裝置的波形圖。在第10A圖中，直流切相電壓Vbus的導通角和調光信號DIM的占空比D較小（D+D1<1），參考信號REF的占空比等於D+D1。回饋信號FB被調節至參考信號REF的平均值，等於VH*（D+D1）+VL*(1-D-D1)。
在第10B圖中，直流切相電壓Vbus的導通角和調光信號DIM的占空比D較大（D+D1>1），參考信號REF的占空比等於1。回饋信號FB被調節至參考信號REF的平均值，等於VH。由此可知，只要調光信號DIM的占空比D大於1-D1，LED的亮度均相同。
此外，當調光信號DIM的占空比D小於或等於-VL/(VH-VL)-D1時，參考信號REF的平均值等於0，LED的亮度被調節至0。
第11圖為根據本發明另一實施例的LED驅動裝置的電路圖。與第9圖所示LED驅動裝置相比，開關控制電路1107還包括電流源I3。電流源I3電耦接在誤差放大器EA的反相輸入端和地之間，其電流值受回饋信號FB控制。參考信號產生電路1106包括反閘NOT3、開關管S5以及電流源I2和I4。電流源I2具有第一端和第二端，其中第一端電耦接至誤差放大器EA的反相輸入端。開關管S5具有第一端、第二端和門極，其中第一端電耦接至電流源I2的第二端，第二端接地。反閘NOT3的輸入端電耦接至調光信號處理電路1105以接收調光處理信號PRO，輸出端電耦接至開關管S5的門極。電流源I4電耦接至誤差放大器EA的同相輸入端。電流源I2的電流值大於電流源I4的電流值。
誤差放大器EA為跨導放大器，將流入其同相輸入端的電流I4與流出其反相輸入端電流的平均值I3+I2*(1-D-D1)調節至相等，即將回饋信號FB對應的電流值I3調節至I4-I2*（1-D-D1）。對應至前述參考信號REF平均值的公式，K1*（D+D1）-K2，可知，K1=I2，K2=I2-I4。在一個實施例中，I2=31uA,I4=25uA。
在前述的實施例中，調光信號處理電路並非必需，參考信號產生電路可直接電耦接至調光信號產生電路，根據調光信號DIM產生參考信號REF，參考信號REF的平均值等於K1*D-K2。開關控制電路根據參考信號REF和回饋信號FB，產生控制信號CTRL。
第12圖為根據本發明一實施例的LED驅動方法的流程圖，包括步驟S1201-S1207。
在步驟S1201，通過可控矽調光器將交流輸入電壓轉換為導通角受控的交流切相電壓。
在步驟S1202，對交流切相電壓進行整流，產生直流切相電壓。
在步驟S1203，通過開關變換器將直流切相電壓轉換為驅動信號以驅動LED。
在步驟S1204，根據交流切相電壓產生調光信號，該調光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調節且與交流切相電壓的導通角一一對應。在一個實施例中，該步驟包括對直流切相電壓進行採樣並產生電壓採樣信號，以及將電壓採樣信號與第一閾值進行比較，以產生調光信號。
在步驟S1205，根據調光信號產生調光處理信號，該調光處理信號的占空比為調光信號占空比與一預設占空比之和。
在步驟S1206，產生與流過LED的電流相關的回饋信號。
在步驟S1207，根據調光處理信號和回饋信號產生控制信號，以控制開關變換器中開關管的導通與關斷。在一個實施例中，該步驟包括根據調光處理信號和回饋信號產生補償信號，以及根據該補償信號產生控制信號。
在一個實施例中，根據調光處理信號和回饋信號產生控制信號的步驟包括：根據調光處理信號產生參考信號；以及根據參考信號與回饋信號產生控制信號。其中該參考信號的平均值等於調光處理信號占空比與第一常數的乘積和第二常數之差，第一常數大於第二常數。在一個實施例中，該參考信號為交流脈衝信號，其占空比等於調光處理信號的占空比。該參考信號在高電平時段為正，在低電平時段為負。
在一個實施例中，調光信號處理信號的產生並非必需，可直接根據調光信號產生參考信號，該參考信號的平均值等於調光信號的占空比與第一常數的乘積和第二常數之差，第一常數大於第二常數。
雖然已參照幾個典型實施例描述了本發明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本發明能夠以多種形式具體實施而不脫離發明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在隨附申請專利範圍所限定的精神和範圍內廣泛地解釋，因此落入申請專利範圍或其等效範圍內的全部變化和改型都應為隨附申請專利範圍所涵蓋。
在整個說明書中，對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著：結合該實施例或示例描述的特定特徵、結構或特性被包含在本發明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當的組合和/或子組合將特定的特徵、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，並且附圖不一定是按比例繪製的。應當理解，當稱元件“連接到”或“耦接到”另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這裏使用的術語“和/或”包括一個或多個相關列出的專案的任何和所有組合。
第4圖為根據本發明一實施例的LED驅動裝置的示意性框圖，包括可控矽調光器401、整流橋402、開關變換器403、回饋電路408和用於LED驅動裝置的控制器。該控制器包括調光信號產生電路404、調光信號處理電路405和開關控制電路407。可控矽調光器401接收交流輸入電壓Vac，產生導通角受控的交流切相電壓Vtr。整流橋402電耦接至可控矽調光器401，對交流切相電壓Vtr進行整流，產生直流切相電壓Vbus。開關變換器403電耦接至整流橋402，包括至少一個開關管。開關變換器403通過該至少一個開關管的導通與關斷將直流切相電壓Vbus轉換為驅動信號以驅動LED。開關變換器403可以採用升降壓電路、降壓電路、反激電路等直流/直流拓撲結構，其中的開關管可以是任何可控半導體開關裝置，例如金屬氧化物半導體場效應電晶體（MOSFET）、絕緣柵雙極電晶體（IGBT）等。
回饋電路408電耦接或磁耦接至開關變換器403，產生與流過LED的電流相關的回饋信號FB。在一個實施例中，回饋電路408包括串聯耦接至LED的採樣電阻器。
調光信號產生電路404電耦接至可控矽調光器401，根據交流切相電壓Vtr產生調光信號DIM，該調光信號DIM的占空比受交流切相電壓Vtr的導通角調節，並與交流切相電壓Vtr的導通角一一對應。在一個實施例中，調光信號產生電路404包括第一比較電路，該第一比較電路將代表直流切相電壓Vbus-的電壓採樣信號與第一閾值進行比較，以產生調光信號DIM。在另一個實施例中，調光信號產生電路404通過整流電路將交流切相電壓Vac轉換為第二直流切相電壓，並將該第二直流切相電壓與一閾值進行比較，以產生調光信號DIM。在又一個實施例中，調光信號產生電路404將交流切相電壓Vtr與兩閾值進行比較，以產生調光信號，其中該兩個閾值符號相反而絕對值相同。
調光信號處理電路405電耦接至調光信號產生電路404，根據調光信號DIM產生調光處理信號PRO，該調光處理信號PRO的占空比等於調光信號DIM的占空比D與預設占空比D1之和。開關控制電路407電耦接至調光信號處理電路405和回饋電路408，根據調光處理信號PRO和回饋信號FB產生控制信號CTRL，以控制開關變換器403中開關管的導通與關斷。
預設占空比D1的值一般選取為略大於1-Dmax，其中Dmax為占空比D的額定最大值。在一個實施例中，Dmax等於80%，D1等於25%。由於調光處理信號PRO的占空比等於調光信號DIM的占空比D與預設占空比D1之和，當調光信號DIM的占空比D大於或等於1-D1時，調光處理信號PRO的占空比均為1，使得LED在不同條件下的最大亮度均相同。
在一個實施例中，控制器還可以包括參考信號產生電路406。參考信號產生電路406電耦接在調光信號處理電路405和開關控制電路407之間，根據調光處理信號PRO產生參考信號REF。參考信號REF的平均值等於調光處理信號PRO的占空比與常數K1的乘積和常數K2之差，其中K1、K2均為正數且K1大於K2，即參考信號REF的平均值等於K1*（D+D1）-K2。開關控制電路407根據參考信號REF和回饋信號FB，產生控制信號CTRL。常數K1和K2的值一般選取為使K2/K1略大於D1+Dmin，其中Dmin為占空比的額定最小值。
在一個實施例中，參考信號REF為交流脈衝信號，其占空比等於調光處理信號PRO的占空比，參考信號REF在高電平時段為正，在低電平時段為負。在另一個實施例中，參考信號REF為直流脈衝信號，其占空比等於K1*（D+D1）-K2。在一個實施例中，調光信號DIM的占空比D被轉換為數位信號，調光信號處理電路405和參考信號產生電路406由數位信號處理電路通過運行相關程式來實現。
在一個實施例中，開關控制電路407將參考信號REF濾波為直流電平信號，然後將該直流電平信號與三角波比較，並用該比較產生的信號對LED進行PWM調光。在另一個實施例中，開關控制電路407將參考信號REF和回饋信號FB進行比較，產生補償信號，並根據該補償信號產生控制信號CTRL。開關控制電路407可採用准諧振控制、定頻峰值電流控制、恆定導通時間控制、關斷時間控制等控制方式。開關控制電路407還可具有功率因數校正功能。
第5圖為根據本發明一實施例的第4圖所示LED驅動裝置的調光曲線圖。當調光信號DIM的占空比D大於或等於1-D1時，調光處理信號PRO的占空比等於1，流過LED的電流等於I1，LED達到其最大亮度。當調光信號DIM的占空比D小於或等於K2/K1-D1時，參考信號REF的平均值等於零，流過LED的電流等於0，LED熄滅。
儘管在不同的交流輸入電壓Vac下或採用不同的可控矽調光器時，交流切相電壓Vtr的最大導通角不同，但其對應的調光處理信號PRO的占空比均為1，因而LED的最大亮度相同。同理，儘管交流切相電壓Vtr的最小導通角在不同條件下不同，但其對應的參考信號REF的平均值均為0，因而LED的最小亮度相同。由於LED的最小亮度為0，LED的亮度調節範圍得到了很大的擴展。
此外，第4圖所示LED驅動裝置的輸入調整率很好。在不使用可控矽調光器時，在不同的交流輸入電壓Vac下，雖然調光信號DIM的占空比不同，但由於其對應的調光處理信號PRO的占空比均為1，因而LED的亮度相同。
第6圖為根據本發明一實施例的LED驅動裝置的電路圖，包括可控矽調光器601、整流橋602、開關變換器、調光信號產生電路604、調光信號處理電路605、參考信號產生電路606、開關控制電路607、回饋電路608和電壓採樣電路609。開關變換器採用反激拓撲結構，包括變壓器T1、開關管S1和二極體D2。二極體D2也可採用同步開關管來代替。電壓採樣電路609電耦接至整流橋602的輸出端，採樣直流切相電壓Vbus並產生電壓採樣信號
調光信號產生電路604包括比較器COM1。比較器COM1的同相輸入端電耦接至電壓採樣電路609以接收電壓採樣信號Vsense1，反相輸入端接收閾值Vth1，輸出端提供調光信號DIM。開關控制電路607包括誤差放大器EA和邏輯電路610。誤差放大器EA電耦接至參考信號產生電路606和回饋電路608，根據參考信號REF和回饋信號FB產生補償信號COMP。誤差放大器EA可為運算放大器或跨導放大器。邏輯電路610電耦接至誤差放大器EA的輸出端，根據補償信號COMP產生控制信號CTRL以控制開關管S1的導通與關斷。在一個實施例中，在參考信號產生電路606和誤差放大器EA之間還電耦接有濾波電路。
第7圖為根據本發明一實施例的調光信號處理電路705的示意性電路圖。調光信號處理電路705包括反閘NOT1、單觸發電路711、電流源I1、電容器C2、開關管S2、比較器COM2和觸發器FF1。反閘NOT1的輸入端電耦接至調光信號產生電路以接收調光信號DIM。單觸發電路711的輸入端電耦接至反閘NOT1的輸出端。電容器C2具有第一端和第二端，其中第一端電耦接至電流源I1，第二端接地。開關管S2與電容器C2並聯，其門極電耦接至單觸發電路711的輸出端。比較器COM2的同相輸入端電耦接至電容器C2的第一端，反相輸入端接收閾值Vth2。觸發器FF1的置位端電耦接至調光信號產生電路以接收調光信號DIM，重定端電耦接至比較器COM2的輸出端，輸出端提供調光處理信號PRO。
在一個實施例中，調光信號處理電路705還可以包括延時電路712、採樣保持電路713和分壓電路714。採樣保持電路713電耦接至單觸發電路711的輸出端和電容器C2的第一端，對電容器C2兩端電壓的峰值進行採樣和保持，產生採樣保持信號PEAK。延時電路712電耦接在單觸發電路711的輸出端和開關管S2的門極之間，以確保採樣保持電路713能準確及時地採樣到電容器C2兩端電壓的峰值。分壓電路714電耦接至採樣保持電路713，對採樣保持信號PEAK進行分壓，並將該分壓信號作為閾值Vth2提供至比較器COM2的反相輸入端。
在一個實施例中，分壓電路714為電阻分壓器，包括串聯連接的電阻器R3和R4。通過調節分壓電路714的分壓比，可以調節預設占空比D1。在一個實施例中，電阻器R3的阻值為電阻器R4阻值的3倍，即Vth2=PEAK/4，則預設占空比D1等於25%。
第8圖為根據本發明一實施例的第7圖所示電路的波形圖。當可控矽調光器中的三端雙向可控矽開關管導通，調光信號DIM由低電平變為高電平，觸發器FF1被置位。調光處理信號PRO由低電平變為高電平。當交流輸入電壓Vac過零或流過三端雙向可控矽開關管的電流小於維持電流時，三端雙向可控矽開關管關斷，調光信號DIM由高電平變為低電平。單觸發電路711被觸發，並產生一脈衝信號。該脈衝信號觸發採樣保持電路713，使採樣保持電路713對電容器C2兩端的電壓VC進行採樣和保持。分壓電路714對採樣保持信號PEAK進行分壓，產生閾值Vth2。單觸發電路711產生的脈衝信號還通過延時電路712被傳送至開關管S2的門極，使開關管S2導通一預設時間，以將電容器C2兩端的電壓VC放電至零。此後開關管S2關斷，電流源I1對電容器C2進行充電，電容器C2兩端的電壓VC持續增大。當電壓VC增大至大於或大於等於閾值Vth2時，觸發器FF1被重定，調光處理信號PRO由高電平變為低電平。
第9圖為根據本發明一實施例的LED驅動裝置的電路圖，包括可控矽調光器901、整流橋902、開關變換器、調光信號產生電路904、調光信號處理電路905、參考信號產生電路906、開關控制電路、回饋電路、電壓採樣電路909、電流採樣電路917和開關電壓採樣電路918。開關變換器採用反激拓撲結構，包括變壓器T1、開關管S1和二極體D2。變壓器T1具有初級繞組、次級繞組和輔助繞組，開關管S1為NMOS（n型MOSFET）。
參考信號產生電路906包括開關管S3、S4和反閘NOT2。開關管S3包括第一端、第二端和門極，其中第一端接收正電壓VH(VH>0)，門極電耦接至調光信號處理電路905以接收調光處理信號PRO。反閘NOT2的輸入端電耦接至調光信號處理電路905以接收調光處理信號PRO。開關管S4包括第一端、第二端和門極，其中第一端與開關管S3的第二端電耦接在一起以提供參考信號REF，第二端接收負電壓VL(VL<0)，門極電耦接至反閘NOT2的輸出端。
參考信號REF為交流脈衝信號，其占空比等於調光處理信號PRO的占空比D+D1，參考信號REF在高電平時段等於正電壓VH，在低電平時段等於負電壓VL。參考信號REF的平均值等於VH*（D+D1）+VL*(1-D-D1)，即常數K1=VH-VL，K2=-VL。
電流採樣電路917採樣流過開關管S1的電流，並產生電流採樣信號
開關電壓採樣電路918採樣開關管S1的端電壓，並產生與該電壓相關的開關電壓採樣信號Vsense2。在一個實施例中，開關電壓採樣電路918包括電耦接至變壓器T1輔助繞組的電阻分壓電路。
開關控制電路包括誤差放大器EA和邏輯電路910。誤差放大器EA為運算放大器。邏輯電路910包括乘法電路915、觸發器FF2以及比較器COM3、COM4。乘法電路915電耦接至誤差放大器EA和電壓採樣電路909，將補償信號COMP和電壓採樣信號Vsense1相乘，產生乘積信號MULO。比較器COM3電耦接至乘法電路915和電流採樣電路917，將乘積信號MULO與電流採樣信號
當開關管S1導通時，變壓器T1存儲能量，流過開關管S1的電流逐漸增大，電流採樣信號Isense也逐漸增大。當電流採樣信號Isense增大至大於或等於乘積信號MULO時，比較器COM3輸出高電平，將觸發器FF2重定，從而使開關管S1關斷。
在開關管S1關斷時，變壓器T1中存儲的能量被傳送至負載——LED。在變壓器T1中存儲的能量被全部傳送至負載後，變壓器T1的勵磁電感和開關管S1的寄生電容產生諧振。當開關管S1的端電壓諧振至穀底，使開關電壓採樣信號Vsense2減小至小於或等於閾值Vth3時，比較器COM4輸出高電平，將觸發器FF2置位元，從而使開關管S1導通。
在一個實施例中，回饋電路包括輸出電流估算電路916。輸出電流估算電路916電耦接至電流採樣電路917和邏輯電路910，接收電流採樣信號Isense和控制信號CTRL，產生代表流過LED電流的輸出電流估算信號，並將其作為回饋信號FB提供至誤差放大器EA。
第10A圖和第10B圖為根據本發明一實施例的第9圖所示LED驅動裝置的波形圖。在第10A圖中，直流切相電壓Vbus的導通角和調光信號DIM的占空比D較小（D+D1<1），參考信號REF的占空比等於D+D1。回饋信號FB被調節至參考信號REF的平均值，等於VH*（D+D1）+VL*(1-D-D1)。
在第10B圖中，直流切相電壓Vbus的導通角和調光信號DIM的占空比D較大（D+D1>1），參考信號REF的占空比等於1。回饋信號FB被調節至參考信號REF的平均值，等於VH。由此可知，只要調光信號DIM的占空比D大於1-D1，LED的亮度均相同。
此外，當調光信號DIM的占空比D小於或等於-VL/(VH-VL)-D1時，參考信號REF的平均值等於0，LED的亮度被調節至0。
第11圖為根據本發明另一實施例的LED驅動裝置的電路圖。與第9圖所示LED驅動裝置相比，開關控制電路1107還包括電流源I3。電流源I3電耦接在誤差放大器EA的反相輸入端和地之間，其電流值受回饋信號FB控制。參考信號產生電路1106包括反閘NOT3、開關管S5以及電流源I2和I4。電流源I2具有第一端和第二端，其中第一端電耦接至誤差放大器EA的反相輸入端。開關管S5具有第一端、第二端和門極，其中第一端電耦接至電流源I2的第二端，第二端接地。反閘NOT3的輸入端電耦接至調光信號處理電路1105以接收調光處理信號PRO，輸出端電耦接至開關管S5的門極。電流源I4電耦接至誤差放大器EA的同相輸入端。電流源I2的電流值大於電流源I4的電流值。
誤差放大器EA為跨導放大器，將流入其同相輸入端的電流I4與流出其反相輸入端電流的平均值I3+I2*(1-D-D1)調節至相等，即將回饋信號FB對應的電流值I3調節至I4-I2*（1-D-D1）。對應至前述參考信號REF平均值的公式，K1*（D+D1）-K2，可知，K1=I2，K2=I2-I4。在一個實施例中，I2=31uA,I4=25uA。
在前述的實施例中，調光信號處理電路並非必需，參考信號產生電路可直接電耦接至調光信號產生電路，根據調光信號DIM產生參考信號REF，參考信號REF的平均值等於K1*D-K2。開關控制電路根據參考信號REF和回饋信號FB，產生控制信號CTRL。
第12圖為根據本發明一實施例的LED驅動方法的流程圖，包括步驟S1201-S1207。
在步驟S1201，通過可控矽調光器將交流輸入電壓轉換為導通角受控的交流切相電壓。
在步驟S1202，對交流切相電壓進行整流，產生直流切相電壓。
在步驟S1203，通過開關變換器將直流切相電壓轉換為驅動信號以驅動LED。
在步驟S1204，根據交流切相電壓產生調光信號，該調光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調節且與交流切相電壓的導通角一一對應。在一個實施例中，該步驟包括對直流切相電壓進行採樣並產生電壓採樣信號，以及將電壓採樣信號與第一閾值進行比較，以產生調光信號。
在步驟S1205，根據調光信號產生調光處理信號，該調光處理信號的占空比為調光信號占空比與一預設占空比之和。
在步驟S1206，產生與流過LED的電流相關的回饋信號。
在步驟S1207，根據調光處理信號和回饋信號產生控制信號，以控制開關變換器中開關管的導通與關斷。在一個實施例中，該步驟包括根據調光處理信號和回饋信號產生補償信號，以及根據該補償信號產生控制信號。
在一個實施例中，根據調光處理信號和回饋信號產生控制信號的步驟包括：根據調光處理信號產生參考信號；以及根據參考信號與回饋信號產生控制信號。其中該參考信號的平均值等於調光處理信號占空比與第一常數的乘積和第二常數之差，第一常數大於第二常數。在一個實施例中，該參考信號為交流脈衝信號，其占空比等於調光處理信號的占空比。該參考信號在高電平時段為正，在低電平時段為負。
在一個實施例中，調光信號處理信號的產生並非必需，可直接根據調光信號產生參考信號，該參考信號的平均值等於調光信號的占空比與第一常數的乘積和第二常數之差，第一常數大於第二常數。
雖然已參照幾個典型實施例描述了本發明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本發明能夠以多種形式具體實施而不脫離發明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在隨附申請專利範圍所限定的精神和範圍內廣泛地解釋，因此落入申請專利範圍或其等效範圍內的全部變化和改型都應為隨附申請專利範圍所涵蓋。
401、601、901．．．可控矽調光器
402、602、902．．．整流橋
403．．．開關變換器
404、604、904．．．調光信號產生電路
405、605、705、905、1105．．．調光信號處理電路
406、606、906、1106．．．參考信號產生電路
407、607、1107．．．開關控制電路
408、FB、608．．．回饋電路
609、909．．．電壓採樣電路
711．．．單觸發電路
712．．．延時電路
713、PEAK．．．採樣保持電路
714．．．分壓電路
910．．．邏輯電路
915．．．乘法電路
916．．．輸出電流估算電路
917、Isence．．．電流採樣電路
918、Vsense2．．．開關電壓採樣電路
NOT1、NOT2、NOT3．．．反閘
I1、I3、I2、I4．．．電流源
FF1、FF2．．．觸發器
Vac．．．交流切相電壓
Vbus．．．採樣直流切相電壓
DIM．．．調光信號
PRO．．．調光處理信號
REF．．．參考信號
CTRL．．．控制信號
TR1．．．三端雙向可控矽開關管
POT1．．．電位器
C1、C2．．．電容器
D1．．．雙向觸發二極體
R1、R2、R3、R4．．．電阻器
Vtr．．．交流切相電壓
S1、S2、S3、S4、S5．．．開關管
T1．．．變壓器
D2．．．二極體
COM1、COM2、COM3、COM4．．．比較器
Vsence1．．．電壓採樣信號
Vth1、Vth2、Vth3．．．閾值
EA．．．誤差放大器
COMP．．．補償信號
K1、K2．．．常數
MULO．．．乘積信號
401．．．可控矽調光器
402．．．整流橋
403．．．開關變換器
404．．．調光信號產生電路
405．．．調光信號處理電路
406．．．參考信號產生電路
407．．．開關控制電路
408．．．回饋電路
Vac．．．交流切相電壓
Vbus．．．採樣直流切相電壓
DIM．．．調光信號
PRO．．．調光處理信號
REF．．．參考信號
CTRL．．．控制信號
Claims (20)
- 一種用於LED驅動裝置的控制器，該LED驅動裝置包括可控矽調光器、整流橋和開關變換器，可控矽調光器接收交流輸入電壓並產生導通角受控的交流切相電壓，整流橋電耦接至可控矽調光器，對交流切相電壓進行整流並產生直流切相電壓，開關變換器電耦接至整流橋，包括至少一個開關管，通過該至少一個開關管的導通與關斷將直流切相電壓轉換為驅動信號以驅動LED，該控制電路包括：
調光信號產生電路，電耦接至可控矽調光器，根據交流切相電壓產生調光信號，該調光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調節且與交流切相電壓的導通角一一對應；
調光信號處理電路，電耦接至調光信號產生電路，根據調光信號產生調光處理信號，該調光處理信號的占空比等於調光信號的占空比與一預設占空比之和；以及
開關控制電路，電耦接至調光信號處理電路，根據調光處理信號和與流過LED的電流相關的回饋信號產生控制信號，以控制開關變換器中開關管的導通與關斷。 - 如申請專利範圍第1項所述的控制器，其中所述調光信號產生電路包括：
第一比較電路，將代表直流切相電壓的電壓採樣信號與第一閾值進行比較，產生調光信號。 - 如申請專利範圍第1項所述的控制器，其中所述調光信號處理電路包括：
第一反閘，其輸入端電耦接至調光信號產生電路以接收調光信號；
單觸發電路，其輸入端電耦接至第一反閘的輸出端；
第一電流源；
電容器，具有第一端和第二端，其中第一端電耦接至第一電流源，第二端接地；
第二開關管，與電容器並聯，其門極電耦接至單觸發電路的輸出端；
比較器，其同相輸入端電耦接至電容器的第一端，反相輸入端接收第二閾值；以及
觸發器，其置位端電耦接至調光信號產生電路以接收調光信號，重定端電耦接至比較器的輸出端，輸出端提供調光處理信號。 - 如申請專利範圍第3項所述的控制器，其中所述調光信號處理電路還包括：
延時電路，電耦接在單觸發電路的輸出端和第二開關管的門極之間；
採樣保持電路，電耦接至單觸發電路的輸出端和電容器的第一端，對電容器兩端電壓的峰值進行採樣和保持，產生採樣保持信號；以及
分壓電路，電耦接至採樣保持電路，對採樣保持信號進行分壓，並將該分壓信號作為第二閾值提供至比較器的反相輸入端。 - 如申請專利範圍第1項所述的控制器，還包括：
參考信號產生電路，電耦接在調光信號處理電路和開關控制電路之間，根據調光處理信號產生參考信號，其中該參考信號的平均值等於調光處理信號占空比與第一常數的乘積和第二常數之差，第一常數大於第二常數；其中
開關控制電路根據參考信號和回饋信號，產生控制信號。 - 如申請專利範圍第5項所述的控制器，其中所述參考信號產生電路包括：
第三開關管，包括第一端、第二端和門極，其中第一端接收第一電壓，門極電耦接至調光信號處理電路以接收調光處理信號；
第二反閘，其輸入端電耦接至調光信號處理電路以接收調光處理信號；以及
第四開關管，包括第一端、第二端和門極，其中第一端電耦接至第三開關管的第二端以提供參考信號，第二端接收第二電壓，門極電耦接至第二反閘的輸出端；其中
第一電壓為正電壓，第二電壓為負電壓。 - 如申請專利範圍第5項所述的控制器，其中所述開關控制電路包括：
誤差放大器，電耦接至參考信號產生電路，根據參考信號和回饋信號產生補償信號；以及
邏輯電路，電耦接至誤差放大器，根據補償信號產生控制信號。 - 如申請專利範圍第7項所述的控制器，其中所述開關控制電路還包括：
第三電流源，電耦接在誤差放大器的反相輸入端和地之間，其電流值受回饋信號控制；
所述參考信號產生電路包括：
第二電流源，具有第一端和第二端，其中第一端電耦接至誤差放大器的反相輸入端；
第五開關管，具有第一端、第二端和門極，其中第一端電耦接至第二電流源的第二端，第二端接地；
第三反閘，其輸入端電耦接至調光信號處理電路以接收調光處理信號，輸出端電耦接至第五開關管的門極；以及
第四電流源，電耦接至誤差放大器的同相輸入端；其中
第二電流源的電流值大於第四電流源的電流值。 - 一種LED驅動裝置，包括：
如申請專利範圍第1項至第10項中任一項所述的用於LED驅動裝置的控制器。 - 一種用於LED驅動裝置的控制器，該LED驅動裝置包括可控矽調光器、整流橋和開關變換器，可控矽調光器接收交流輸入電壓並產生導通角受控的交流切相電壓，整流橋電耦接至可控矽調光器，對交流切相電壓進行整流並產生直流切相電壓，開關變換器電耦接至整流橋，包括至少一個開關管，通過該至少一個開關管的導通與關斷將直流切相電壓轉換為驅動信號以驅動LED，該控制電路包括：
調光信號產生電路，電耦接至可控矽調光器，根據交流切相電壓產生調光信號，該調光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調節且與交流切相電壓的導通角一一對應；
參考信號產生電路，電耦接至調光信號產生電路，根據調光信號產生參考信號，其中該參考信號的平均值等於調光信號的占空比與第一常數的乘積和第二常數之差，第一常數大於第二常數；以及
開關控制電路，電耦接至參考信號產生電路，根據參考信號和與流過LED的電流相關的回饋信號產生控制信號，以控制開關變換器中開關管的導通與關斷。 - 如申請專利範圍第10項所述的控制器，其中所述參考信號產生電路包括：
第三開關管，包括第一端、第二端和門極，其中第一端接收第一電壓，門極電耦接至調光信號產生電路以接收調光信號；
第二反閘，其輸入端電耦接至調光信號產生電路以接收調光信號；以及
第四開關管，包括第一端、第二端和門極，其中第一端電耦接至第三開關管的第二端以提供參考信號，第二端接收第二電壓，門極電耦接至第二反閘的輸出端；其中
第一電壓為正電壓，第二電壓為負電壓。 - 如申請專利範圍第10項所述的控制器，其中所述開關控制電路包括：
誤差放大器，電耦接至參考信號產生電路，根據參考信號和回饋信號產生補償信號；以及
邏輯電路，電耦接至誤差放大器，根據補償信號產生控制信號以控制開關變換器中開關管的導通與關斷。 - 如申請專利範圍第12項所述的控制器，其中所述開關控制電路還包括：
第三電流源，電耦接在誤差放大器的反相輸入端和地之間，其電流值受回饋信號控制；
所述參考信號產生電路包括：
第二電流源，具有第一端和第二端，其中第一端電耦接至誤差放大器的反相輸入端；
第五開關管，具有第一端、第二端和門極，其中第一端電耦接至第二電流源的第二端，第二端接地；
第三反閘，其輸入端電耦接至調光信號產生電路以接收調光信號，輸出端電耦接至第五開關管的門極；以及
第四電流源，電耦接至誤差放大器的同相輸入端；其中
第二電流源的電流值大於第四電流源的電流值。 - 一種LED驅動方法，包括：
從可控矽調光器接收導通角受控的交流切相電壓；
對交流切相電壓進行整流，產生直流切相電壓；
通過開關變換器將直流切相電壓轉換為驅動信號以驅動LED；
根據交流切相電壓產生調光信號，該調光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調節並與交流切相電壓的導通角一一對應；
根據調光信號產生調光處理信號，該調光處理信號的占空比等於調光信號的占空比與一預設占空比之和；
產生與流過LED的電流有關的回饋信號；以及
根據調光處理信號和回饋信號產生控制信號，以控制開關變換器中開關管的導通與關斷。 - 如申請專利範圍第14項所述的LED驅動方法，其中根據交流切相電壓產生調光信號的步驟包括：
採樣直流切相電壓並產生電壓採樣信號；以及
將電壓採樣信號與第一閾值進行比較，產生調光信號。 - 如申請專利範圍第14項所述的LED驅動方法，其中根據調光處理信號和回饋信號產生控制信號包括：
根據調光處理信號產生參考信號；以及
根據參考信號與回饋信號產生控制信號；其中
參考信號的平均值等於調光處理信號的占空比與第一常數的乘積和第二常數之差，第一常數大於第二常數。 - 如申請專利範圍第16項所述的LED驅動方法，其中所述參考信號為交流脈衝信號，其占空比等於調光處理信號的占空比，該參考信號在高電平時段為正，在低電平時段為負。
- 一種LED驅動方法，包括：
從可控矽調光器接收導通角受控的交流切相電壓；
對交流切相電壓進行整流，產生直流切相電壓；
通過開關變換器將直流切相電壓轉換為驅動信號以驅動LED；
根據交流切相電壓產生調光信號，該調光信號的占空比受交流切相電壓的導通角調節並與交流切相電壓的導通角一一對應；
根據調光信號產生參考信號，其中參考信號的平均值等於調光信號的占空比與第一常數的乘積和第二常數之差，第一常數大於第二常數；
產生與流過LED的電流有關的回饋信號；以及
根據參考信號和回饋信號產生控制信號，以控制開關變換器中開關管的導通與關斷。 - 如申請專利範圍第18項所述的LED驅動方法，其中根據交流切相電壓產生調光信號的步驟包括：
採樣直流切相電壓並產生電壓採樣信號；以及
將電壓採樣信號與第一閾值進行比較，產生調光信號。 - 如申請專利範圍第18項所述的LED驅動方法，其中所述參考信號為交流脈衝信號，其占空比等於調光信號的占空比，該參考信號在高電平時段為正，在低電平時段為負。
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