一種自適應可控矽調光信號發生電路及方法
2023-07-30 20:27:36
專利名稱：一種自適應可控矽調光信號發生電路及方法
技術領域：
本發明屬於開關電源技術領域，涉及一種可控矽調光信號發生電路及方法。
背景技術：
LED是一種新型節能照明設備，產生相同光亮所需電能遠比白熾燈小，LED與節能燈和白熾燈相比具有體積小，不易損壞等優點。LED的亮度與流過的電流直接相關，在照明應用中，需要一個驅動器將市電轉換成恆定電流輸出或者恆定電壓輸出用來驅動LED。在一些應用場合，對LED需要有亮度調節的功能，即調光功能。目前一種傳統的做法是直接用 LED去替代傳統的照明燈具，如白熾燈，因此對LED的調光也常直接利用原有的傳統的調光器，如可控矽調光。可控矽調光器直接串在交流進線火線上，所以這種調光也稱為火線調光。通常LED可控矽調光的做法是檢測可控矽調光器的切相角或被切相之後交流輸入電壓寬度來送入LED驅動器來實現對LED輸出電流的控制。由於LED驅動器整流橋的輸出電壓波形反映了交流輸入信號的導通相角，因此一種比較常用的做法是檢測LED驅動器整流橋的輸出電壓波形來提取可控矽調光信號，如圖1所示。調光信號脈寬直接體現了被切相之後交流輸入電壓寬度，如圖2所示，其中，Vin是交流輸入電壓被切相後的波形，Vtriac是對應的波形調光信號波形，可控矽調光器的切相角用β表示，交流輸入信號的導通相角用α 表不。傳統的可控矽調光器存在一個最小導通角，即將可控矽調光器的調光角調至最大到完全關掉之前，交流輸入波形並不能全部被切相到零。即可控矽最小導通角時，仍存在有輸入功率，導致LED輸出電流不完全調到零，LED不能實現全範圍內調光，而且輸入電壓越高，輸入功率越大，LED最小輸出電流越大。
發明內容
本發明提出了一種自適應可控矽調光信號發生電路及方法，可降低可控矽調光器最小導通角時對應的調光信號的寬度及LED的最小輸出電流，而對可控矽調光器導通角較大時的調光信號寬度影響較小，從而增大LED 了可控矽調光範圍。一種自適應可控矽調光信號發生電路包括相角檢測模塊，所述相角檢測模塊輸入並檢測LED驅動電路的交流輸入信號的導通相角信號，產生頻率等於兩倍交流輸入電壓頻率、脈寬等於被切相之後交流輸入電壓寬度、幅值固定的矩形波信號；反相器，所述反相器將相角檢測模塊輸出的矩形波信號進行反相；波形發生模塊，所述波形發生模塊根據相角檢測模塊輸出的矩形波信號生成的信號逐漸由低電平上升到高電平，信號的寬度等於交流輸入信號的導通相角的特定波形信號；濾波器，所述濾波器將反相器輸出的信號進行濾波之後得到一直流電平；比較器，所述比較器對波形發生模塊的輸出的特定波形信號和濾波器的輸出信號進行比較，輸出一脈寬小於所述交流輸入信號的導通相角的矩形波信號。其中，相角檢測模塊輸入的交流輸入信號的導通相角信號來自LED驅動電路中能反映交流輸入信號的導通角或相角信號可控矽切相角的信號。其中，濾波器輸出的直流電平與交流輸入信號的切相角成正比的自適應信號，亦即與導通相角成反比當切相角較小，濾波器輸出的直流電平也較小，產生可控矽調光信號與交流輸入信號的導通相角之間的差值較小；當切相角變大，濾波器輸出的直流電平相應增大，產生的可控矽調光信號與交流輸入信號的導通相角之間的差值變大。其中，濾波器是低通濾波器；其中，濾波器的另外一種實現方式是數模轉換電路，將輸入的數字量轉換為模擬量。所述的特定波形信號是鋸齒波、梯形波或具有指數特徵的波形。自適應可控矽調光信號發生的方法，所述的方法包括如下步驟步驟(1)檢測LED驅動電路的交流輸入信號的導通相角信號，產生一幅值固定的相角檢測信號；步驟O)根據步驟(1)產生的相角檢測信號產生一幅值與交流輸入信號的導通相角成反比的直流電平信號；步驟(3)進行步驟O)的同時，根據步驟(1)的相角檢測信號產生一特定波形信號，該信號逐漸由低電平上升到高電平，該信號的寬度等於交流輸入信號的導通相角；步驟將步驟( 產生的直流電平信號和步驟C3)產生的特定波形信號進行比較產生可控矽調光信號。本發明的有益效果為本發明是對傳統的可控矽調光信號的改進，可以減小可控矽在最小導通角所對應的調光信號的寬度，從而減小LED輸出電流和LED亮度，並且對可控矽導通角較大時調光信號的寬度影響較小，從而增加了調光範圍。
圖1為一種可控矽調光LED驅動器電路示意圖；圖2切相後的交流輸入電壓及調光信號波形圖；圖3為本發明的自適應可控矽調光信號發生電路的示意框圖；圖4為圖3所示的本發明的自適應可控矽調光信號發生電路在可控矽切相角較小時的波形；圖5為圖3所示的本發明的自適應可控矽調光信號發生電路在可控矽切相角較大時的波形；圖6a和圖6b為波形發生模塊的輸出波形是指數波時的波形；圖7a和圖7b為波形發生模塊的輸出波形是指數波時的波形；圖8為相角檢測模塊的一個具體實施例；圖9為波形發生模塊的第一具體實施例；圖10為波形發生模塊的第二具體實施例；圖11為波形發生模塊的第三具體實施例。
具體實施例方式以下結合本發明框圖以及具體實施例示意圖本發明內容進行詳細說明。圖3為本發明的自適應可控矽調光信號發生電路的示意框圖。如圖3所示，本發明的自適應可控矽調光信號發生電路包括相角檢測模塊101，所述的相角檢測模塊輸入101為交流輸入信號的導通相角信號，輸出接反相器102和波形發生模塊103的輸入端；相角檢測模塊101通過檢測交流輸入信號的導通相角信號，產生頻率等於兩倍交流輸入電壓頻率、脈寬等於被切相之後交流輸入電壓寬度、幅值固定的矩形波信號；反相器102，所述的反相器102的輸出接濾波器104，將相角檢測模塊輸出的矩形波信號進行反相；波形發生模塊103，所述的波形發生模塊103的輸出接比較器105的一個輸入端， 將相角檢測模塊101輸出的矩形波信號轉換成特定波形信號，例如鋸齒波、梯形波或者指數波形。濾波器104，所述的濾波器104的輸出接比較器105的另一個輸入端，將反相器 102輸出的矩形波信號進行濾波之後得到其平均值；比較器105，所述的比較器105對輸入的波形發生模塊101的輸出信號和濾波器 104的輸出信號進行比較，輸出一脈寬小於交流輸入信號的導通相角的矩形波信號。其中，相角檢測模塊101輸入的交流輸入信號的導通相角信號來自LED驅動器中能反映交流輸入信號的導通或相角信號可控矽切相角的信號；其中，濾波器104輸出的直流電平與交流輸入信號的導通相角成反比；其中，濾波器104是傳統意義上的低通濾波器；其中，濾波器104是數模轉換電路，將輸入的數字量轉換為模擬量。根據上述一種自適應可控矽調光信號發生電路的工作過程，可以得出一種自適應可控矽調光信號發生的方法，所述的方法包括如下步驟步驟(1)檢測LED驅動電路的交流輸入信號的導通相角信號，產生一幅值固定的相角檢測信號；步驟O)根據步驟(1)產生的相角檢測信號產生一幅值與交流輸入信號的導通相角成反比的直流電平信號；步驟(3)進行步驟O)的同時，根據步驟(1)的相角檢測信號產生一特定波形信號，該信號逐漸由低電平上升到高電平，該信號的寬度等於交流輸入信號的導通相角；步驟將步驟( 產生的直流電平信號和步驟C3)產生的特定波形信號進行比較產生可控矽調光信號。圖4為圖3所示的本發明的自適應可控矽調光信號發生電路在可控矽切相角較小時的波形，圖5為圖3所示的本發明的自適應可控矽調光信號發生電路在可控矽切相角較大時的波形；其中，Vin是交流進線電壓經過可控矽切相之後的波形，VlOl是相角檢測模塊101的輸出波形，V102是反相器102的輸出波形，V103是波形發生模塊103的輸出波形，V104是濾波器104的輸出波形，Vtriac是比較器105的輸出波形。在可控矽切相角較小時，波形發生模塊103的輸出波形V103為梯形波，在可控矽切相角較大時，波形發生模塊103的輸出波形V103為鋸齒波；波形發生模塊103的輸出波形V103也可以實現如圖6a、圖 6b和圖7a、圖7b所示的指數波，其中，圖6a和圖7a對應可控矽切相角較小V103的波形， 圖6b和圖7b對應可控矽切相角較大時V103的波形。圖8為相角檢測模塊101的一個具體實施例，其中第一電阻Rl的一端接主電路整流橋的正輸出端，第一電阻Rl的另一端接第二電阻R2的一端和第三電阻R3的一端，第二電阻R2的另一端接地，第三電阻R3的另一端接比較器Uc的正輸入端，比較器Uc的負輸入端接直流電源VDC的正端，直流電源VDC的負端接地，比較器Uc的輸出為相角檢測模塊101 的輸出；由於整流橋電壓存在一定直流偏置，因此直流電源VDC用來提供比較的偏置電壓。圖9為波形發生模塊103的一個具體實施例。其中，第一開關管Sl的控制端和反相器Uf的輸入端接波形發生模塊103的輸入端，反相器Uf的輸出端接第二開關管S2的控制端，第一開關管Sl的一端接電流源IDC的輸出端，電流源IDC的輸入端接直流電壓源 Vcc，第一開關管Sl的另一端接第二開關管S2的一端和電容Cs的一端，第一開關管Si、第二開關管S2和電容Cs公共連接點作為波形發生模塊103的輸出端，第二開關管S2的另一端和電容Cs的另一端接地；其中第一開關管Sl和第二開關管S2在控制端輸入高電平時導通，輸入低電平時關斷；參照圖4、圖5和圖9，當波形發生模塊103的輸入端的電平為高電平時，第一開關管Sl導通、第二開關管S2關斷，電流源IDC給電容Cs充電，電容Cs兩端電壓上升，電容Cs兩端電壓最大值為Vcc ；當波形發生模塊103的輸入端的電平為低電平時， 第一開關管Sl關斷、第二開關管S2導通，電容Cs電荷經第二開關管S2放電，電容Cs兩端電壓放電到零並保持。圖10為波形發生模塊103的另一個具體實施例。其中，波形發生模塊103的輸入端接電阻Rc的一端和二極體Dc的陰極，電阻Rc的另一端和二極體Dc的陽極接電容Cc的一端，電阻Re、二極體Dc和電容Cc的公共連接點作為波形發生模塊103的輸出端，電容Cc 的另一端接地；圖9中二極體Dc可以用開關管替代掉，或者用圖11所示等效電路替代，圖 10和圖11所示的波形發生模塊103的輸出波形為一種指數波，如圖6a和圖6b所示。無論上文說明如何詳細，還有可以有許多方式實施本發明，說明書中所述的只是本發明的一個具體實施例子。凡根據本發明精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。本發明實施例的上述詳細說明並不是窮舉的或者用於將本發明限制在上述明確的形式上。在上述以示意性目的說明本發明的特定實施例和實例的同時，本領域技術人員將認識到可以在本發明的範圍內進行各種等同修改。在上述說明描述了本發明的特定實施例並且描述了預期最佳模式的同時，無論在上文中出現了如何詳細的說明，也可以許多方式實施本發明。上述電路結構及其控制方式的細節在其執行細節中可以進行相當多的變化，然而其仍然包含在這裡所公開的本發明中。如上述一樣應當注意，在說明本發明的某些特徵或者方案時所使用的特殊術語不應當用於表示在這裡重新定義該術語以限制與該術語相關的本發明的某些特定特點、特徵或者方案。總之，不應當將在隨附的權利要求書中使用的術語解釋為將本發明限定在說明書中公開的特定實施例，除非上述詳細說明部分明確地限定了這些術語。因此，本發明的實際範圍不僅包括所公開的實施例，還包括在權利要求書之下實施或者執行本發明的所有等效方案。
權利要求
1.一種自適應可控矽調光信號發生電路，其特徵在於所述的電路包括相角檢測模塊，所述相角檢測模塊輸入並檢測LED驅動電路的交流輸入信號的導通相角信號，產生頻率等於兩倍交流輸入電壓頻率、脈寬等於被切相之後交流輸入電壓寬度、幅值固定的矩形波信號；反相器，所述反相器將相角檢測模塊輸出的矩形波信號進行反相；波形發生模塊，所述波形發生模塊根據相角檢測模塊輸出的矩形波信號生成的信號逐漸由低電平上升到高電平，信號的寬度等於交流輸入信號的導通相角的特定波形信號；濾波器，所述濾波器將反相器輸出的信號進行濾波之後得到一直流電平；比較器，所述比較器對波形發生模塊的輸出的特定波形信號和濾波器的輸出信號進行比較，輸出一脈寬小於所述交流輸入信號的導通相角的矩形波信號。
2.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於所述的特定波形信號是鋸齒波、梯形波或具有指數特徵的波形。
3.根據權利要求1或2所述的電路，其特徵在於所述的相角檢測模塊輸入的交流輸入信號的導通相角信號來自LED驅動電路中能反映交流輸入信號的導通角或相角信號可控矽切相角的信號。
4.根據權利要求3所述的電路，其特徵在於所述的濾波器輸出的直流電平與交流輸入信號的切相角成正比的自適應信號，亦即與導通相角成反比當切相角較小，濾波器輸出的直流電平也較小，產生可控矽調光信號與交流輸入信號的導通相角之間的差值較小；當切相角變大，濾波器輸出的直流電平相應增大，產生的可控矽調光信號與交流輸入信號的導通相角之間的差值變大。
5.根據權利要求4所述的電路，其特徵在於所述的濾波器是低通濾波器或者是數模轉換電路，所述的數模轉換電路將輸入的數字量轉換為模擬量。
6.根據權利要求5所述的電路，其特徵在於所述的相角檢測模塊的構成是第一電阻 Rl的一端接主電路整流橋的正輸出端，第一電阻Rl的另一端接第二電阻R2的一端和第三電阻R3的一端，第二電阻R2的另一端接地，第三電阻R3的另一端接比較器Uc的正輸入端， 比較器Uc的負輸入端接直流電源VDC的正端，直流電源VDC的負端接地，比較器Uc的輸出為相角檢測模塊的輸出；由於整流橋電壓存在一定直流偏置，因此直流電源VDC用來提供比較的偏置電壓。
7.根據權利要求5或6所述的電路，其特徵在於所述的波形發生模塊的構成是第一開關管Sl的控制端和反相器Uf的輸入端接波形發生模塊的輸入端，反相器Uf的輸出端接第二開關管S2的控制端，第一開關管Sl的一端接電流源IDC的輸出端，電流源IDC的輸入端接直流電壓源Vcc，第一開關管Sl的另一端接第二開關管S2的一端和電容Cs的一端，第一開關管Sl、第二開關管S2和電容Cs公共連接點作為波形發生模塊103的輸出端，第二開關管S2的另一端和電容Cs的另一端接地；其中第一開關管Sl和第二開關管S2在控制端輸入高電平時導通，輸入低電平時關斷；當波形發生模塊的輸入端的電平為高電平時，第一開關管Sl導通、第二開關管S2關斷，電流源IDC給電容Cs充電，電容Cs兩端電壓上升，電容Cs兩端電壓最大值為Vcc ；當波形發生模塊的輸入端的電平為低電平時，第一開關管Sl 關斷、第二開關管S2導通，電容Cs電荷經第二開關管S2放電，電容Cs兩端電壓放電到零並保持。
8.根據權利要求5或6所述的電路，其特徵在於所述的波形發生模塊的構成是波形發生模塊的輸入端接電阻Rc的一端和二極體Dc的陰極，電阻Rc的另一端和二極體Dc的陽極接電容Cc的一端，電阻Re、二極體Dc和電容Cc的公共連接點作為波形發生模塊的輸出端，電容Cc的另一端接地。
9.一種自適應可控矽調光信號發生的方法，所述的方法包括如下步驟步驟(1)檢測LED驅動電路的交流輸入信號的導通相角信號，產生一幅值固定的相角檢測信號；步驟O)根據步驟(1)產生的相角檢測信號產生一幅值與交流輸入信號的導通相角成反比的直流電平信號；步驟(3)進行步驟O)的同時，根據步驟(1)的相角檢測信號產生一特定波形信號， 該信號逐漸由低電平上升到高電平，該信號的寬度等於交流輸入信號的導通相角；步驟將步驟( 產生的直流電平信號和步驟C3)產生的特定波形信號進行比較產生可控矽調光信號。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於所述的特定波形信號是鋸齒波、梯形波或具有指數特徵的波形。
全文摘要
本發明公開了一種自適應可控矽調光信號發生電路及方法，所述的電路包括相角檢測模塊、反相器、濾波器和比較器。該電路能夠根據輸入信號的導通相角信號產生相應的調光信號。本發明是對傳統的可控矽調光信號的改進，可以減小可控矽在最小導通角所對應的調光信號的寬度，從而減小LED輸出電流和LED亮度，並且對可控矽導通角較大時調光信號的寬度影響較小，從而增加了調光範圍。
文檔編號H05B37/02GK102364992SQ201110148120
公開日2012年2月29日 申請日期2011年5月31日 優先權日2011年5月31日
發明者葉美盼, 吳建興, 蔡擁軍, 謝小高 申請人:杭州士蘭微電子股份有限公司