調光控制電路、晶片及方法
2023-05-13 22:41:11 2
專利名稱：調光控制電路、晶片及方法
技術領域：
本發明一般地涉及電子電路技術領域，更具體地涉及照明裝置的調光控制。
背景技術：
隨著環保和節能意識的增強，LED不斷應用於各種照明場合。隨著高亮度LED的 成本不斷下降，性能不斷提高，預計在不久的將來LED的光效將可媲美小巧的螢光燈，並且 LED具有壽命更長，以及不含水銀等優勢。如果想對照明用燈進行調光，最常用亮度控制方 式就是採用Triac (三端雙向可控矽)調光器進行調光，但其缺點是只適用於白熾燈泡或滷 素燈。為能利用Triac調光器對LED進行調光，就必須保證可控矽能正常工作。如圖1所示為典型可控矽工作原理圖，其中R1，R2及C組成延遲啟動電路，可以令 Triac調光器延遲啟動，只有當電容C的電壓上升至觸發交流二極體DIAC的觸發電壓時， TRIAC才開始導通。滑動變阻器Rl的阻值越大，啟動延遲時間便越長，控制角3就越大，導 通角θ也就越小，傳遞到負載的平均能量也就越小。如果負載是白熾燈泡，由於其是純阻性負載，因此可控矽Triac調光器可以用於 白熾燈。當所接的是阻性負載時，當延遲電路開始工作時會產生脈衝觸發，電晶體TRIAC就 會突然啟動，當電流跌至維持電流以下時電晶體就會在電壓過零時關斷。大部分螢光燈和LED燈都會註明不適用於可控矽或其它調光器，因為它們對於 Triac調光器來說不是真正的阻性負載，其主要原因如下一般的交流/直流開關模式LED 驅動器無法適應在後半周期突然上升的電壓和和較低的平均電壓；當Triac調光器開啟 時，會對輸入端的LC濾波器進行充電，這樣可能會引起輸入電流的震蕩；許多交流/直流 LED驅動動器採用簡單的橋式整流方法。根據這個方法，調光器只會在極短的時間內汲取電 源供應電流，因此調光器沒有維持持續導通的電流，調光器無法正常工作。因此，目前需要一種調光控制電路，可以保證調光器能正常工作。
發明內容
為了解決上述問題之一，本發明提出了一種調光控制電路，所述調光控制電路適 於與調光器相連接以控制發光裝置，所述調光控制電路包括升壓控制模塊、恆流控制模塊 和調光控制模塊。其中，所述升壓控制模塊用於對所述調光控制電路的輸入電壓進行升壓， 並使所述調光控制電路的輸出電壓和所述輸入電壓的壓差保持在一定範圍內，以保持所述 調光器兩端的電壓和流過所述調光器的電流同步；所述恆流控制模塊用於在所述調光信號 不發生變化時，保持所述調光控制電路的輸出電流穩定；所述調光控制模塊用於根據所述 調光器的調光信號改變所述調光控制電路的輸出電流。根據本發明的實施例，所述調光控制電路還包括振蕩器，用於產生固定頻率的三 角波信號。所述升壓控制模塊包括調光信號處理子模塊、誤差放大器、佔空比設置子模塊、 管腳保護子模塊、第一比較器、脈寬調製控制子模塊和第一驅動器。其中，所述調光信號處 理子模塊用於根據所述調光檢測信號生成與輸出檢測信號相匹配的匹配參考信號，並將所述匹配參考信號發送到所述誤差放大器；所述誤差放大器用於對所述調光檢測信號和所述 匹配參考信號進行誤差放大，並將放大後的誤差信號發送到所述佔空比設置子模塊；所述 佔空比設置子模塊用於根據所述誤差信號確定佔空比設置信號的電壓，並將所述佔空比設 置信號發送到所述第一比較器；所述管腳保護子模塊用於在所述輸出檢測信號的電壓超過 最大值限制電壓時，或所述調光檢測信號和輸出檢測信號至少其中之一的電壓低於最小值 限制電壓時，向所述脈寬調製控制子模塊發送關閉開關管信號；所述第一比較器用於根據 所述佔空比設置信號的電壓和固定頻率的三角波信號確定脈寬調製信號的佔空比，並將所 述脈寬調製信號發送到所述脈寬調製控制子模塊；所述脈寬調製控制子模塊用於根據所述 脈寬調製信號的佔空比和所述開關管關閉信號生成驅動信號，並將所述驅動信號發送到所 述第一驅動器；所述第一驅動器用於根據所述驅動信號驅動升壓電路開關電晶體。其中，所 述調光檢測信號為所述調光信號進行濾波和分壓之後的信號，所述輸出檢測信號為所述調 光控制電路的輸出信號進行濾波和分壓之後的信號。根據本發明的實施例，所述調光控制電路還包括振蕩器，用於產生固定頻率的三 角波信號。所述升壓控制模塊包括調光信號處理子模塊、第二比較器、第三比較器、第四比 較器、選擇子模塊、管腳保護子模塊、脈寬調製控制子模塊和第一驅動器。其中，所述調光信 號處理子模塊用於根據所述調光檢測信號生成與輸出檢測信號相匹配的匹配參考信號；所 述第二比較器用於比較所述匹配參考信號和第一參考電壓，生成第二比較信號，並將所述 第二比較信號發送到所述選擇子模塊；所述第三比較器用於比較所述匹配參考信號和第二 參考電壓，生成第三比較信號，並將所述第三比較信號發送到所述選擇子模塊；所述選擇子 模塊用於根據所述第二比較信號和第三比較信號確定佔空比設置信號的電壓，並將所述佔 空比設置信號發送到所述第四比較器；所述第四比較器用於根據所述佔空比設置信號的電 壓和固定頻率的三角波信號確定脈寬調製信號的佔空比；所述脈寬調製控制子模塊用於根 據所述脈寬調製信號的佔空比確定驅動信號，並將所述驅動信號發送到所述第一驅動器; 所述管腳保護子模塊用於在所述輸出檢測信號的電壓超過第二電壓時，或所述調光檢測信 號和輸出檢測信號至少其中之一的電壓低於第五電壓時，向所述脈寬調製控制子模塊發送 關閉開關管信號；所述第一驅動器用於根據所述驅動信號驅動升壓電路開關電晶體。其中， 所述調光檢測信號為所述調光信號進行濾波和分壓之後的信號，所述輸出檢測信號為所述 調光控制電路的輸出信號進行濾波和分壓之後的信號。根據本發明的實施例，所述調光控制電路適於與變壓器相連接，所述變壓器用於 對所述調光控制電路的輸出信號進行變壓，包括主邊繞組、輔助繞組和輸出繞組，其中所述 主邊繞組與主邊開關管連接。所述恆流控制模塊包括電壓控制頻率子模塊、RS觸發器、第二 驅動器和第五比較器。其中，所述電壓控制頻率子模塊用於根據輸入電壓確定其產生的時 鍾信號的頻率；所述RS觸發器用於接收所述時鐘信號作為置1信號，接收所述第五比較器 發送的關斷信號作為置0信號，產生開啟信號，並將所述開啟信號發送到所述第二驅動器； 所述第二驅動器用於根據所述開啟信號驅動所述主邊開關管；所述第五比較器用於比較流 經所述主邊繞組的主邊電流採樣信號和所述調光控制模塊產生的主邊峰值電流限制值，產 生關斷信號，並將所述關斷信號發送到所述RS觸發器。根據本發明的實施例，所述調光控制模塊包括第六比較器、選擇器、第一運算放大 器、第二運算放大器、電晶體和電流鏡。其中，所述第六比較器用於比較所述調光檢測信號和第三參考電壓，產生第六比較信號，並將第六比較信號發送到所述選擇器的控制選擇端； 所述選擇器用於根據所述第六比較信號、調光檢測信號和第三參考電壓在所述調光檢測信 號的端電壓大於所述第三參考電壓時，選通所述第三參考電壓作為選通信號；在所述調光 檢測信號的端電壓小於所述第三參考電壓時，選通所述調光檢測信號的端電壓作為所述選 通信號；所述第一運算放大器用於對所述選通信號進行運算放大，生成第一運算放大信號； 所述第二運算放大器用於對第四參考電壓進行運算放大，生成第二運算放大信號；所述晶 體管和電流鏡用於根據所述第一運算放大信號和所述第二運算放大信號生成主邊峰值電 流限制值。根據本發明的實施例，所述調光控制電路適於與變壓器相連接，所述變壓器用於 對所述調光控制電路的輸出信號進行變壓，包括主邊繞組、輔助繞組和輸出繞組，其中所述 主邊繞組與主邊開關管連接。所述恆流控制模塊包括放電時間檢測模塊、恆壓恆流模塊、邏 輯模塊、第二驅動器和第七比較器。其中，所述放電時間檢測模塊用於根據輔助繞組端電壓 檢測信號檢測所述輸出開關二極體的放電時間；所述恆壓恆流模塊用於根據所述輸出開關 二極體的放電時間和時鐘信號產生脈衝頻率調製信號；所述邏輯模塊用於根據所述脈衝頻 率調製信號和所述第七比較器的第七比較信號產生第二驅動信號；所述第二驅動器用於根 據所述第二驅動信號驅動所述調光控制電路的主邊開關管。根據本發明的實施例，所述調光控制電路還包括振蕩器，用於產生固定頻率的三 角波信號。所述調光控制模塊包括第八比較器和選擇模塊。其中，所述第七比較器用於比 較所述調光檢測信號和固定頻率的三角波信號產生第七比較信號；所述選擇模塊用於根據 第七比較信號、第六參考電壓和第七參考電壓產生主邊峰值電流限制值。根據本發明的實施例，所述調光控制電路還包括基準和偏置模塊，其用於為所述 調光控制電路提供參考電壓和參考電流。根據本發明的實施例，所述調光器包括可控矽調光器。根據本發明的實施例，所述調光控制電路還包括啟動模塊，所述啟動模塊包括整 流二極體、電容和電感，用於對所述調光信號進行整流和濾波。根據本發明的實施例，所述調光控制電路還包括輸入分壓模塊和輸出分壓模塊， 其中，所述輸入分壓模塊用於對所述調光信號進行分壓，生成調光檢測信號；所述輸出分壓 模塊用於對所述調光控制電路的輸出信號進行分壓，生成輸出檢測信號。本發明還提出了一種晶片，包括以上所述的調光控制電路。本發明還提出了一種調光控制方法，所述方法用於根據調光器的調光信號控制發 光裝置，所述調光器與調光控制電路相連接，所述方法包括以下步驟對調光控制電路的輸 入電壓進行升壓，並使所述調光控制電路的輸出電壓和所述輸入電壓的壓差保持在一定範 圍內，以保持所述調光器兩端的電壓和流過所述調光器的電流同步；在所述調光信號不發 生變化時，保持所述調光控制電路的輸出電流穩定；在所述調光信號發生變化時，根據所述 調光器的調光信號改變所述調光控制電路的輸出電流。根據本發明的實施例，所述調光器包括可控矽調光器和/或金屬氧化物半導體調光器。本發明提出的調光控制電路及晶片能夠調光器能正常工作，實現對照明裝置的有 效調節。
本發明上述的和/或附加的方面和優點從下面結合附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中圖1為現有技術的可控矽工作原理示意圖；圖2為根據本發明的一個實施例的調光控制電路的結構示意圖；圖3為根據本發明的一個實施例的調光控制電路的電路原理圖；圖4為根據本發明的一個實施例的晶片的電路原理圖；圖5為根據本發明的一個實施例的啟動模塊的電路原理圖；圖6為根據本發明的一個實施例的前級升壓控制的電路原理圖；圖7為根據本發明的一個實施例的升壓控制模塊的電路原理圖；圖8為根據本發明的一個實施例的升壓控制模塊的電路原理圖；圖9為根據本發明的一個實施例的恆流控制模塊的電路原理圖；圖10為根據本發明的一個實施例的調光控制模塊的電路原理圖；圖11為根據本發明的一個實施例的電路節點的波形圖；圖12為根據本發明的一個實施例的恆流控制模塊和調光控制模塊的電路原理 圖；圖13為根據本發明的一個實施例的調光控制電路的電路原理圖；圖14為根據本發明另一個實施例的調光控制電路的電路原理圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。下面通過參考 附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。現有的調光器中常用的包括可控矽調光器，當然也包括其它如用MOS(金屬氧化 物半導體)來實現調光的調光器。本發明的實施例對目前常用的各種調光器都適用。以下 說明以可控矽為例，說明調光原理和實現方法，當然這僅僅是示例，不是對本發明的範圍的 限制。如圖2所示為根據本發明的一個實施例的調光控制電路的結構示意圖。所述調光 控制電路包括適於與調光器相連接以控制發光裝置，該調光控制電路包括升壓控制模塊、 恆流控制模塊調光控制模塊。其中，升壓控制模塊用於對調光控制電路的輸入電壓進行升 壓，並使調光控制電路的輸出電壓和輸入電壓的壓差保持在一定範圍內，以保持調光器兩 端的電壓和流過調光器的電流同步；恆流控制模塊用於在調光信號不發生變化時，保持調 光控制電路的輸出電流穩定；調光控制模塊用於根據調光器的調光信號改變調光控制電路 的輸出電流。本發明還提出了一種調光控制方法，改方法用於根據調光器的調光信號控制發光 裝置，調光器與調光控制電路相連接。該方法包括以下步驟對調光控制電路的輸入電壓進 行升壓，並使調光控制電路的輸出電壓和所述輸入電壓的壓差保持在一定範圍內，以保持 調光器兩端的電壓和流過調光器的電流同步；在調光信號不發生變化時，保持調光控制電 路的輸出電流穩定；在調光信號發生變化時，根據調光器的調光信號改變調光控制電路的輸出電流。根據本發明的實施例，該調光器包括可控矽調光器和/或金屬氧化物半導體調 光器。作為本發明的一個實施例，調光控制電路可以部分集成在一個晶片中，如圖3所 示為根據本發明的一個實施例的調光控制電路的電路原理圖，圖4為圖3所示的調光控制 電路中的晶片的電路原理圖。本發明的調光控制電路用於實現恆流輸出，並且可以用於配合現有的調光器進行 輸出電流的調節。作為本發明的一個實施例，該調光控制電路與調光器相連接，包括電感和 兩個開關管，變壓器和控制晶片。輸入交流經整流後利用前級電感Li，驅動管Ql和控制芯 片實現輸入電壓的升壓。需要注意的是，本發明的所有附圖中的元件名稱、型號，晶片名稱、管腳定義，以及 「第一」、「第二」等用語僅是本發明的實施例的一個示例，在具體實施中可以根據需要選擇 其他適合的元件名稱、型號，晶片名稱、管腳以及術語命名等。圖4中VCC為晶片內部電源；1~時，1~時1，1~時2，1~時3均為內部基準電壓；VREF為調 光信號(或稱DIM信號)經處理後的電壓；RMP為內部升壓控制電路震蕩器產生的三角波 信號；Ref_IPK為ISE端電壓峰值信號；UVLO為晶片上電啟動信號；V_IPK為升壓電路不同 佔空比控制信號；CK信號是用於調光的方波信號。作為本發明的一個實施例，其中CMPl用於檢測VDD端電壓是否達到開啟電壓； CMP2用於檢測輸出是否處於恆壓區，防止輸出電壓過高，通過CCCV (Constant Current Constant Voltage，恆壓恆流)模塊將輸出電壓穩定在一定範圍內；其中Tds_DET(導通時 間檢測)模塊用於檢測輸出二極體導通時間Tds和關斷時間Toff的比例；CCCV模塊作用是 根據Tds_DET提供的Tds/Toff的比例產生開啟開關管的脈衝信號CLOCK (時鐘，或稱CLK)， 實現恆流和恆壓輸出；第二驅動器Driverf模塊用於驅動開關管Q2 ；DIM_C0N為調光控制模塊，其用於根據調光信號控制照明裝置的亮度以及用於升 壓前級輸入電壓調製，DIM信號經DIM_DET(調光檢測模塊)處理後電壓生成VREF信號，用 於與升壓輸出反饋電壓DET進行比較；EAMP(Error Amplifier)為誤差放大器，用於將兩個 輸入端的差值放大輸出；佔空比設置子模塊用於設置升壓控制電路的開關管的佔空比；第 三比較器(CMP3)是將佔空比設置子模塊設定的直流電壓轉變成不同佔空比的方波信號， 經過第二驅動器(DRIVER2)驅動主邊開關管Q2。管腳保護(或稱DIM&DET_PR0)子模塊用於DIM和DET端子短路保護，和輸出電壓 過壓保護。第四比較器CMP4用於檢測主邊峰值電流信號，當主邊峰值電流超過REF_IPK/Rs 時，CMP4輸出一個脈衝信號負責將開關管Q2關閉。作為本發明的一個實施例，VDD為晶片電源電壓輸入端子，同時也是晶片的電壓檢 測端子；DET為升壓電路輸出電壓檢測端；DIM為升壓電路輸入信號檢測端，同時也是調光 信號輸入端；VSS為地端子；ISE為晶片電流採樣端子，用以檢測流經開關管Q2的電流；VSE 為輔佐繞組(或稱輔助繞組)端電壓檢測信號；CON為升壓電路開關管Ql驅動信號；OUT為 主邊開關管Q2驅動信號。如圖5所示為根據本發明的一個實施例的啟動模塊的示意圖，其中Rl為保險絲， 用於防止電路短路。交流電經過可控矽和整流電路後，為使可控矽和晶片正常啟動，必須在 整流完後接上一小電容Cl，這樣電容Cl端電壓VA不會過低，保證了給VDD端電容C2充電時間不會過長。作為本發明的一個實施例，電容Cl不應過大，因為該電壓大小代表了可控 矽控制交流電導通角的大小，電容Cl端電壓VA經分壓濾波後成為調光信號。可控矽的電 流通路是從交流輸入一端經RC延遲電路再到整流二極體，流經電容Cl和C2，最後經整流二 極管回到交流電的另一端，這樣就能保證可控矽在啟動時有電流通路，從而可以正常啟動 可控矽。如圖6所示為根據本發明的一個實施例的前級升壓控制的電路原理圖。作為本發 明的一個實施例，為使可控矽在啟動過後有足夠的維持電流和保證可控矽電壓和電流的同 步，採用BOOST升壓電路結構，這樣當升壓電路正常工作後，也就能保證可控矽的延遲電路 有充電通路，尤其是保證了可控矽兩端電壓和流過可控矽電流的同步。其中，可控矽兩端電 壓和流過可控矽電流的同步是指可控矽兩端的電壓和流過可控矽的電流同時發生，即，可 控矽的負載可視為阻性負載。其中VA為升壓前的輸入電壓，該電壓為懸浮的脈動電壓；VC為經升壓後的相對穩 定的直流電壓，需要實現VC與VA的峰值電壓的差值保持在一定的範圍內，即需要防止VC 過高或過低。如圖6所示，作為本發明的一個實施例，通過電阻R2，R3，R4分壓後，經大電容 C2濾波後形成代表VA平均電壓的DIM信號，通過R5，R6，R7分壓後，經電容C3濾波後形成 代表VC電壓大小的信號DET。如圖7所示為根據本發明的一個實施例的升壓控制模塊的電路原理圖。其中VREF 為DIM經處理後與DET匹配的信號；RMP為內部產生的固定頻率的三角波信號；V_PEAK為佔 空比設定信號。作為本發明的一個實施例，控制原理如下3腳DIM信號，代表了升壓前的 平均電壓，通過調光信號處理子模塊(或稱B00ST_DIM模塊)進行處理生成與2腳DET信 號匹配的信號，從而保證升壓輸出電壓和輸入電壓的平均差值維持在一定的範圍內。如圖6所示，因為升壓的電壓為交流電，最高可達370V，為防止異常情況下輸出電 壓VC電壓過高把濾波電容C4燒壞，作為本發明的一個實施例，可以設定VC的過壓保護。 當檢測到DET端電壓超過Vl時，強制通過佔空比設置子模塊控制V_PEAK為最小值，這樣就 以最小佔空比來驅動開關管，使輸出電壓VC降下來；當檢測到DET端電壓超過V2時，通過 管腳保護(或稱DIM&DET_PR0)子模塊和脈寬調製控制(或稱PWM_C0N)子模塊強制使開關 管關閉，防止VC電壓過高；當檢測到VREF電壓超過V3時，證明這時的導通角比較大，通過 DIM&DET_PR0模塊控制以最小佔空比來驅動開關管。作為本發明的一個實施例，可以設置短路保護措施，用於防止2腳DET和3腳DIM 短路，必須要加入短路保護措施；實現原理如下通過檢測2腳DET和3腳DIM，當其中之一 管腳的電壓低於V5時，關閉開關管。作為本發明的一個實施例，正常工作情況下，通過實際測試結果來匹配DET和 VREF信號，使升壓電路的輸出電壓VC和輸入電壓VA的峰值維持在一定的範圍內，通過將 DET和VREF信號進行誤差放大，經佔空比設置子模塊後設定了最小和最大佔空比，防止驅 動信號佔空比過高和過低。如圖8所示為根據本發明的另一個實施例的升壓控制模塊的電路原理圖。其中 refl, ref2分別為不同的電壓；RMP為內部產生的三角波信號；選擇信號(V_ChooSe)為經 選擇(D_ChooSe)子模塊選擇後的決定不同佔空比的輸出電壓。由於升壓要求不高，只需要 保證輸出電壓和輸入電壓的差值維持在一定的範圍內，則可以根據不同的輸入即通過檢測3腳DIM信號的大小，來選擇不同的佔空比；VREF為DIM經處理後的電壓，代表DIM信號的大小。作為本發明的一個實施例，在正常工作情況下，當VREF < refl時，表示輸入交流 導通角比較小，通過選擇子模塊選擇最大輸出電壓V_Ch00Sel，對應的佔空比為最大的Dl ； 當refl < VREF ref2時，表示輸入交流導通角比較大，通過 D_Choose模塊選擇最小輸出出電壓V_Choose3，對應最小的佔空比為D3。作為本發明的一個實施例，當DET和DIM端之一短路時，通過管腳保護子模塊和脈 寬調製控制子模塊使輸出開關管關斷。作為本發明的一個實施例，當由於異常情況導致輸出電壓偏高時，通過管腳保護 子模塊和選擇子模塊使佔空比為最小D3，從而可以將輸出電壓降低。本發明的實施例實現了從輸入交流經整流過後控制升壓的過程，該過程包括通過 前級分壓電阻檢測輸入反饋電壓VDIM和通過後級分壓電阻檢測輸出反饋分壓VDET，內部 通過功能模塊控制CON的佔空比來實現VDET和VDIM的匹配，從而達到使輸出電壓與輸入 電壓的壓差保持在一定的範圍內。作為本發明的一個實施例，由於負載加重，導致輸出電流超過預設的電流值時，此 時輸出電壓降無法保持預設值。此時負載進入恆流狀態，隨輸出電壓的降低，電流大小保持 不變。在已知輸出電壓的情況下，預設的輸出電流所需的功率可按照以下公式計算
_ Uout · Iout屍=-
rI(1)其中，P表示輸入功率，Uout表示輸出電壓，Iout表示輸出電流，η表示效率，此 外輸入功率P還可以表示為
Lp · Ip · IpP = f ·}￥ 二 f ·—----—
2 (2)其中，Lp表示主邊電感量，Ip表示主邊最大電流，將公式(1)帶入公式(2)，可得 到如下結果
2/ = Uout · Ioutf ·------
Lp · Ip · Ip · η(3)上式中，若採用固定導通時間的控制輸出電流恆定(lout)，則Ip為定值，假定η 為定值，則工作頻率f將與輸出電壓成正比。因此，採用輔助繞組採樣輸出電壓並將其轉化 為相應的頻率輸出即可獲得恆定的輸出電流。但是，實際上由於輸出端和反饋端二極體D2 和D3的存在，導致輔助繞組檢測電壓的誤差和非線性。作為本發明的一個實施例，晶片內 部加入了相應的補償電路，消除輔助繞組檢測電壓的誤差和非線性問題。如圖9所示為根據本發明的一個實施例的恆流控制模塊的電路原理圖。其中，VCF
R2 · VDD
為電壓控制頻率子模塊，其輸入電壓^ = —.Z-T- CLK是RS觸發器的置1信
K I + K Z
號，Off是置0信號；VCF定時送出一個脈衝信號CLK，負責開啟驅動管；ISE通過第五比較 器(CMP5)與主邊峰值電流限制值(REF_IPK)比較產生關斷信號Off將開關管關斷。在恆流區時，當輸出電壓下降時，意味著輸出功率開始下降，根據公式(3)可知，需要頻率f跟著 下降與輸出功率匹配；當輸出電壓升高時，開關管的頻率也會跟著升高，以適應更高的輸出 功率。其中DIM控制REF_IPK信號，當不調光時DIM和REF_IPK為定值。圖9中調光控制模塊的詳細示意圖如圖10所示。調光控制模塊配合可控矽調光器 進行調光，通過調光信號來調節輸出電流的大小。作為本發明的一個實施例，調光控制模塊 通過檢測經可控矽調製產生的不同導通角的電壓，經過分壓和濾波後可以作為調光信號， 該調光信號通過控制主邊峰值電流的大小來調節輸出電流的大小，從而實現對LED調光。如圖10所示為圖9中的調光控制模塊的電路原理圖。其中，第六比較器(CMP6) 為主邊峰值電流最大值限定比較器，當DIM端電壓VDIM比第三參考電壓(ref3)要小的時 候，選擇器MUX選通B端，此時
VDIM χ K χ R6 ^ .REF IPK = -+ ref 4
L 」_R5(4)當VDIM比ref3要大的時候，選擇器MUX選通A端，此時REF — IPK = ref3xKx R6 + ref 4(5)
R 5其中，REF_IPK為主邊峰值電流限制值，REF_IPK = RsXIp ；ref3，ref4分別為不 同的電壓；K為電流鏡P4和P3的寬比。由公式(4)可以確定在VDIM < ref3的時候的主邊峰值電流的限制值，通過改變 VDIM來改變REF_IPK，進而改變Ip的值；當由於輸入電壓過高導致VDIM電壓過高，進而可 能會導致輸出電流過高，因此要設定REF_IPK的最大值，進而設定了輸出電流的最大值；當 輸入電壓偏低時，通過第二運算放大器(或稱運放2、0P2)設定REF_IPK的最小值為ref4， 進而設定了輸出電流的最小值，防止因VDIM電壓過低而導致開關管的導通時間低於晶片 內置的LEB消隱時間。
rf χ Lp χ Ip -χ Ip χ η由公式⑶可知，=---(6)假設Vout不變，這時頻率f也不變，Ip變為原來的1/3，那麼此時的Iout變為原 來的1/9，這樣就實現了通過改變主邊峰值電流Ip達到改變輸出電流Iout的目的，實際上 如果負載是LED的話，輸出電流從350mA變成30mA的時候，LED壓降從IlV變到9. 2V，這樣 頻率f也就會跟著下降一些，通過不斷的調整開關頻率f使之適應新的輸出電壓Vout，最終 Iout的整體趨勢將變為原來的1/9。如圖11所為根據本發明的一個實施例的電路主要節點的工作波形。其中，OUT是 開關管Q2的驅動信號；Ip是主邊電流的波形；Is是次級二極體的電流波形；Tds是輸出二 極管的放電時間，Toff是輸出二極體的截止時間。輸出電流Iout和主邊電流Ip的關係如 下
r 1 Np Tds r rm7ql lout = —χ-χ-χ Ip2 NS Tds + Toff(7)由公式(7)可知，當Ip和Tds/Toff的比例確定時，輸出電流也就會確定，通過調 節Ip或者Tds/Toff的大小就可以改變輸出電流的大小。
如圖12所示為根據本發明的一個實施例的恆流控制模塊和調光控制模塊的電路 原理圖，其中Tds_DET是輸出二極體放電時間檢測模塊，CCCV模塊實現根據Tds和Toff的 比例改變開關頻率；DIM_C0N是調光信號處理模塊，用於實現調光信號的產生和控制。作為本發明的一個實施例，調光控制電路通過改變主邊電流Ip和Tds/Toff來實 現調光。從公式7可以看出，改變輸出電流有兩種方法一是改變主邊電流的峰值Ip ；二是 改變輸出二極體的導通時間Tds和截止時間Toff的比例。一般實際應用中要求調光範圍 為5% -100%，如果只調節主邊電流Ip那麼就需要調節的範圍也是5% -100%，事實上當 Ip下降到一定程度時開關管的開通時間太短，特別是當輸入電壓比較高的情況下開關管的 導通時間更短，所以為了適應高輸入電壓和主邊消隱時間主邊峰值電流設定有個最小值。 所以如果只是調節主邊峰值電流無法達到那麼寬的調光範圍，同理，如果只通過調節Tds/ Toff的比例來調節輸出電流也是無法達到那麼寬的範圍，因為當輸出電流很小時，這時輸 出功率很小，導致開關管的頻率很低，如果要想達到5%的範圍輸出頻率會很低從而進入音 頻範圍。因此調光控制電路通過改變主邊電流Ip和Tds/Toff能夠實現寬範圍的調光應用。如圖12所示，作為本發明的一個實施例，恆流控制模塊包括放電時間檢測(Tds_ DET)模塊、恆壓恆流(CCCV)模塊、邏輯(LOGIC)模塊、第二驅動器和第七比較器(CMP7)。調 光控制模塊包括第八比較器(CMP8)和選擇(Choose)模塊。作為本發明的一個實施例，CMP8通過DIM和三角波的比較產生用於調光的方波信 號CK，當CK為高電平時，主邊峰值電流限定信號REF_IPK選擇第七參考電壓ref7，同時控 制CCCV模塊使Tds/Toff的值為1/m ；當CK為低電平時REF_IPK選擇第六參考電壓ref6， Tds/Toff 的值為 1/N2，其中 Va, Vp, Ni, N2, ref6 和 ref7 均為定值，並且 ref6 < ref7, Nl < N2, Va Vp，DIM信號經調光 控制模塊處理後使CK信號一直為高電位，此時主邊峰值電流Ip為ref7，Tds/Toff為1/附， 這時的輸出電流為最大值，如下式所示
τ1 Np 1f Io max = —χ-χ-χ ref 7
-1 NS N \ + \(8)作為本發明的一個實施例，當調光器調至最小時，VDIM < Va, DIM信號經DIM_C0N 模塊處理後使CK信號一直為低電位，此時主邊峰值電流Ip為ref6，Tds/Toff為1/N2，這 時輸出電流為最小值，如下式所示
丁.1 NP1f ,Io — mm = —χ ——x —--x ref 6
2 NS N 2 + \(9)作為本發明的一個實施例，當調光器調節至中間位置時，CK信號就為一方波信號， 它的佔空比的大小就代表了輸出電流的平均值，在設定的輸出最小和最大電流之間的任何 一種電流大小都能通過調光器來調節實現。該升壓方法的實現包括前級分壓電阻檢測輸入電壓平均大小，後級分壓電阻檢測 輸出電壓平均大小，一個電感Li，一個開關管Ql和控制晶片；為了達到經調光器輸入電壓 和電流的同步採用該升壓結構，具體實現方法前面已經列出兩種，下面就實現方法進行補 充和說明。圖6中通過輸入電壓DIM信號的大小來設定輸出電壓的大小，其中VREF為與輸出反饋電壓VDET匹配的電壓，通過誤差放大器的作用將VDET和VREF的差值進行放大，經 放大的信號控制開關管Ql的佔空比，從而控制輸出電壓和輸入電壓能保持一定的壓差。如圖8所示為根據本發明的一個實施例的升壓控制模塊的電路原理圖，該實施例 應用一種更為簡單的方法來實現升壓的要求，由於輸出電壓經可控矽或其它調光器調節之 後，整流後的有效值就會改變，這樣輸入有效值越低則DIM信號也就越低，當輸入更低時需 要更大的佔空比來實現一定壓差的輸出；當輸入有效值更高時則只需要比較小的佔空比就 能滿足升壓，通過設定合適的refl和ref2就可以保證在整個調光範圍內都能實現輸入電 壓的升壓。恆流實現和調光方法該發明針對兩種實現恆流的方法的前提下，提出不同的實 現可控矽及其它調光器調光的功能。
權利要求
一種調光控制電路，其特徵在於，所述調光控制電路適於與調光器相連接以控制發光裝置，所述調光控制電路包括升壓控制模塊、恆流控制模塊和調光控制模塊，其中，所述升壓控制模塊用於對所述調光控制電路的輸入電壓進行升壓，並使所述調光控制電路的輸出電壓和所述輸入電壓的壓差保持在一定範圍內，以保持所述調光器兩端的電壓和流過所述調光器的電流同步；所述恆流控制模塊用於在所述調光信號不發生變化時，保持所述調光控制電路的輸出電流穩定；所述調光控制模塊用於根據所述調光器的調光信號改變所述調光控制電路的輸出電流。
2.根據權利要求1所述的調光控制電路，其特徵在於，所述調光控制電路還包括振蕩器，用於產生固定頻率的三角波信號， 所述升壓控制模塊包括調光信號處理子模塊、誤差放大器、佔空比設置子模塊、管腳保 護子模塊、第一比較器、脈寬調製控制子模塊和第一驅動器，其中，所述調光信號處理子模塊用於根據所述調光檢測信號生成與輸出檢測信號相匹配的 匹配參考信號，並將所述匹配參考信號發送到所述誤差放大器；所述誤差放大器用於對所述調光檢測信號和所述匹配參考信號進行誤差放大，並將放 大後的誤差信號發送到所述佔空比設置子模塊；所述佔空比設置子模塊用於根據所述誤差信號確定佔空比設置信號的電壓，並將所述 佔空比設置信號發送到所述第一比較器；所述管腳保護子模塊用於在所述輸出檢測信號的電壓超過第二電壓時，或所述調光檢 測信號和輸出檢測信號至少其中之一的電壓低於第五電壓時，向所述脈寬調製控制子模塊 發送關閉開關管信號；所述第一比較器用於根據所述佔空比設置信號的電壓和所述固定頻率的三角波信號 確定脈寬調製信號的佔空比，並將所述脈寬調製信號發送到所述脈寬調製控制子模塊；所述脈寬調製控制子模塊用於根據所述脈寬調製信號的佔空比和所述開關管關閉信 號生成驅動信號，並將所述驅動信號發送到所述第一驅動器；所述第一驅動器用於根據所述驅動信號驅動升壓電路開關電晶體， 其中，所述調光檢測信號為所述調光信號進行濾波和分壓之後的信號，所述輸出檢測 信號為所述調光控制電路的輸出信號進行濾波和分壓之後的信號。
3.根據權利要求1所述的調光控制電路，其特徵在於，所述調光控制電路還包括振蕩器，用於產生固定頻率的三角波信號， 所述升壓控制模塊包括調光信號處理子模塊、第二比較器、第三比較器、第四比較器、 選擇子模塊、管腳保護子模塊、脈寬調製控制子模塊和第一驅動器，其中，所述調光信號處理子模塊用於根據所述調光檢測信號生成與輸出檢測信號相匹配的 匹配參考信號；所述第二比較器用於比較所述匹配參考信號和第一參考電壓，生成第二比較信號，並 將所述第二比較信號發送到所述選擇子模塊；所述第三比較器用於比較所述匹配參考信號和第二參考電壓，生成第三比較信號，並 將所述第三比較信號發送到所述選擇子模塊；所述選擇子模塊用於根據所述第二比較信號和第三比較信號確定佔空比設置信號的 電壓，並將所述佔空比設置信號發送到所述第四比較器；所述第四比較器用於根據所述佔空比設置信號的電壓和所述固定頻率的三角波信號 確定脈寬調製信號的佔空比；所述脈寬調製控制子模塊用於根據所述脈寬調製信號的佔空比確定驅動信號，並將所 述驅動信號發送到所述第一驅動器；所述管腳保護子模塊用於在所述輸出檢測信號的電壓超過最大值限制電壓時，或所述 調光檢測信號和輸出檢測信號至少其中之一的電壓低於最小值限制電壓時，向所述脈寬調 制控制子模塊發送關閉開關管信號；所述第一驅動器用於根據所述驅動信號驅動升壓電路開關電晶體， 其中，所述調光檢測信號為所述調光信號進行濾波和分壓之後的信號，所述輸出檢測 信號為所述調光控制電路的輸出信號進行濾波和分壓之後的信號。
4.根據權利要求1所述的調光控制電路，其特徵在於，所述調光控制電路適於與變壓器相連接，所述變壓器用於對所述調光控制電路的輸 出信號進行變壓，包括主邊繞組、輔助繞組和輸出繞組，其中所述主邊繞組與主邊開關管連 接，所述恆流控制模塊包括電壓控制頻率子模塊、RS觸發器、第二驅動器和第五比較器， 所述電壓控制頻率子模塊用於根據輸入電壓確定其產生的時鐘信號的頻率； 所述RS觸發器用於接收所述時鐘信號作為置1信號，接收所述第五比較器發送的關斷 信號作為置0信號，產生開啟信號，並將所述開啟信號發送到所述第二驅動器； 所述第二驅動器用於根據所述開啟信號驅動所述主邊開關管； 所述第五比較器用於比較流經所述主邊繞組的主邊電流採樣信號和所述調光控制模 塊產生的主邊峰值電流限制值，產生關斷信號，並將所述關斷信號發送到所述RS觸發器。
5.根據權利要求4所述的調光控制電路，其特徵在於，所述調光控制模塊包括第六比 較器、選擇器、第一運算放大器、第二運算放大器，電晶體和電流鏡，其中，所述第六比較器用於比較所述調光檢測信號和第三參考電壓，產生第六比較信號，並 將第六比較信號發送到所述選擇器的控制選擇端；所述選擇器用於根據所述第六比較信號、調光檢測信號和第三參考電壓在所述調光檢 測信號的端電壓大於所述第三參考電壓時，選通所述第三參考電壓作為選通信號；在所述 調光檢測信號的端電壓小於所述第三參考電壓時，選通所述調光檢測信號的端電壓作為所 述選通信號；所述第一運算放大器用於對所述選通信號進行運算放大，生成第一運算放大信號； 所述第二運算放大器用於對第四參考電壓進行運算放大，生成第二運算放大信號； 所述電晶體和電流鏡用於根據所述第一運算放大信號和所述第二運算放大信號生成 主邊峰值電流限制值。
6.根據權利要求1所述的調光控制電路，其特徵在於，所述調光控制電路適於與變壓器相連接，所述變壓器用於對所述調光控制電路的輸 出信號進行變壓，包括主邊繞組、輔助繞組和輸出繞組，其中所述主邊繞組與主邊開關管連 接，所述恆流控制模塊包括放電時間檢測模塊、恆壓恆流模塊、邏輯模塊、第二驅動器和第 七比較器，其中，所述放電時間檢測模塊用於根據所述輔助繞組端電壓檢測信號檢測所述輸出開關二 極管的放電時間；所述恆壓恆流模塊用於根據所述輸出開關二極體的放電時間和時鐘信號產生脈衝頻 率調製信號；所述邏輯模塊用於根據所述脈衝頻率調製信號和所述第七比較器的第七比較信號產 生第二驅動信號；所述第二驅動器用於根據所述第二驅動信號驅動所述調光控制電路的主邊開關管。
7.根據權利要求6所述的調光控制電路，其特徵在於，所述調光控制電路還包括振蕩器，用於產生固定頻率的三角波信號， 所述調光控制模塊包括第八比較器和選擇模塊，其中，所述第七比較器用於比較所述調光檢測信號和所述固定頻率的三角波信號產生第七 比較信號；所述選擇模塊用於根據第七比較信號、第六參考電壓和第七參考電壓產生主邊峰值電 流限制值。
8.根據權利要求1所述的調光控制電路，其特徵在於，還包括基準和偏置模塊，其用於 為所述調光控制電路提供參考電壓和參考電流。
9.根據權利要求1所述的調光控制電路，其特徵在於，所述調光器包括可控矽調光器 和/或金屬氧化物半導體調光器。
10.根據權利要求1所述的調光控制電路，其特徵在於，還包括啟動模塊，所述啟動模 塊包括整流二極體、電容和電感，用於對所述調光信號進行整流和濾波。
11.根據權利要求1所述的調光控制電路，其特徵在於，還包括輸入分壓模塊和輸出分 壓模塊，其中，所述輸入分壓模塊用於對所述調光信號進行分壓，生成調光檢測信號；所述輸出分壓模塊用於對所述調光控制電路的輸出信號進行分壓，生成輸出檢測信號。
12.一種晶片，其特徵在於，包括權利要求1-9中任一項所述的調光控制電路。
13.一種調光控制方法，其特徵在於，所述方法用於根據調光器的調光信號控制發光裝 置，所述調光器與調光控制電路相連接，所述方法包括以下步驟對調光控制電路的輸入電壓進行升壓，並使所述調光控制電路的輸出電壓和所述輸入 電壓的壓差保持在一定範圍內，以保持所述調光器兩端的電壓和流過所述調光器的電流同止少；在所述調光信號不發生變化時，保持所述調光控制電路的輸出電流穩定； 在所述調光信號發生變化時，根據所述調光器的調光信號改變所述調光控制電路的輸 出電流。
14.根據權利要求13所述的調光控制方法，其特徵在於，所述調光器包括可控矽調光 器和/或金屬氧化物半導體調光器。
全文摘要
本發明提出了一種調光控制電路、晶片及方法。所述調光控制電路適於與調光器相連接以控制發光裝置，所述調光控制電路包括升壓控制模塊、恆流控制模塊和調光控制模塊。其中，所述升壓控制模塊用於對所述調光控制電路的輸入電壓進行升壓，並使所述調光控制電路的輸出電壓和所述輸入電壓的壓差保持在一定範圍內，以保持所述調光器兩端的電壓和流過所述調光器的電流同步；所述恆流控制模塊用於在所述調光信號不發生變化時，保持所述調光控制電路的輸出電流穩定；所述調光控制模塊用於根據所述調光器的調光信號改變所述調光控制電路的輸出電流。本發明提出的調光控制電路、晶片及方法能夠調光器能正常工作，實現對照明裝置的有效調節。
文檔編號H02M3/145GK101951708SQ20091015853
公開日2011年1月19日 申請日期2009年7月10日 優先權日2009年7月10日
發明者李林鋒, 楊小華 申請人:深圳比亞迪微電子有限公司;深圳市眾明半導體照明有限公司