产生稳定直流电信号的方法、可控硅开关调光方法和装置与流程

本发明涉及电子技术领域，更具体地说，涉及产生稳定直流电信号的方法、可控硅开关调光方法和装置。

背景技术：

近年来，LED灯替代传统白炽灯等作为照明电源得到广泛的应用，LED驱动常见的分为传统的开关电源驱动和线性驱动，其中线性驱动以其简单的系统结构和低廉的成本越来越普及；同时可调光的LED照明电源应用也越来越多，可控硅调光作为一种常见的调光方式得到广泛应用。文献号为CN202759647U的中国专利，公开了一种具有高功率因数的LED控制电路及LED照明装置，该专利的LED控制电路是一种分段逐级开启的LED恒流驱动电路，可实现高功率因数和低谐波失真，搭配可控硅开关实现调光功能，是目前市场上一种常见的应用方式，此应用方式的优点也就在于高功率因数和低谐波失真，但可控硅调光时由于LED灯是分段逐级开启的，当可控硅开关切相角较大时，输入电压不足以使所有LED灯开启，故LED灯部分开启，LED灯的亮度不够均匀，视觉效果较差。

技术实现要素：

本发明提出产生稳定直流电信号的方法、可控硅开关调光方法、及相应装置，将稳定直流电信号的方法或装置应用于可控硅开关调光领域得到的可控硅开关调光方法或装置，能够控制多个串联的LED灯灯组全部亮或全部熄灭，避免LED灯组的亮度不够均匀，增强视觉效果。

为此，本发明提出以下技术方案：

第一方面，一种产生稳定直流电信号的方法，包括：

调节可控硅开关的切相角，输出与可控硅开关的切相角相关的交流电信号；

对所述交流电信号进行整流；

将经过整流后的电信号转换为与可控硅开关的切相角一一对应的稳定直流电信号，所述稳定直流电信号随可控硅开关的切相角增大而减小。

第二方面，一种可控硅开关调光方法，应用于包括输出电流调节电路、与多个串联的LED灯组连接的可控硅开关调光装置，该方法包括：

调节可控硅开关的切相角，输出与可控硅开关的切相角相关的交流电信号；

对所述交流电信号进行整流；

将经过整流后的电信号转换为与可控硅开关的切相角一一对应的稳定直流电信号，所述稳定直流电信号随可控硅开关的切相角增大而减小；

根据所述稳定直流电信号的大小控制输出电流调节电路的导通或关断，使所述输出电流调节电路输出随所述稳定直流电信号的大小变化的电流，以控制多个串联的LED灯组输出的电流大小，使所述多个串联的LED灯组全部亮或全部熄灭。

其中，所述输出电流调节电路包括N沟道MOS管；

所述根据所述稳定直流电信号的大小控制输出电流调节电路的导通或关断，使所述输出电流调节电路输出随所述稳定直流电信号的大小变化的电流，以控制多个串联的LED灯组输出的电流大小，使所述多个串联的LED灯组全部亮或全部熄灭，包括：

可控硅开关的切相角由小变大且小于或等于阈值的情况下所述稳定直流电信号由大变小，控制N沟道MOS管的G极和S极之间的电压由大变小且大于或等于N沟道MOS管的开启阈值电压，使得N沟道MOS管处于导通状态，N沟道MOS管的导通电阻由小变大，N沟道MOS管输出的电流由大变小，多个LED灯组输出的电流变小，多个LED灯组的正向导通电压变小，且第一个LED灯组的输入端与最后一个LED灯组的输出端的电压差值大于或等于所有LED灯组的正向导通电压之和，多个LED灯组处于全亮状态，且亮度越来越小；

可控硅开关的切相角调节至大于阈值的情况下所述稳定直流电信号使N沟道MOS管的G极和S极之间的电压小于N沟道MOS管的开启阈值电压，N沟道MOS管处于关断状态，多个LED灯组全部熄灭。

第三方面，一种产生稳定直流电信号的装置，包括：

可控硅开关，连接市电，用于输出与该可控硅开关的切相角相关的交流电信号；

整流电路，连接可控硅开关，用于对所述交流电信号进行整流；

输入电压采样和整形电路，连接整流电路，用于将经过整流后的电信号转换为与可控硅开关的切相角一一对应的稳定直流电信号，所述稳定直流电信号随可控硅开关的切相角增大而减小。

第四方面，一种可控硅开关调光装置，与多个LED灯组连接，多个LED灯组之间串联，该装置包括：

可控硅开关，连接市电，用于输出与该可控硅开关的切相角相关的交流电信号；

整流电路，连接可控硅开关，用于对所述交流电信号进行整流；

输入电压采样和整形电路，连接整流电路，用于将经过整流后的电信号转换为与可控硅开关的切相角一一对应的稳定直流电信号，所述稳定直流电信号随可控硅开关的切相角增大而减小；

输出电流调节电路，连接输入电压采样和整形电路，用于根据所述稳定直流电信号的大小导通或关断，输出随所述稳定直流电信号的大小变化的电流，以控制多个串联的LED灯组输出的电流大小，使所述多个串联的LED灯组全部亮或全部熄灭。

其中，所述可控硅开关调光装置还包括：

多级LED恒流驱动电路，与输出电流调节电路连接且与多个LED灯组一一对应连接，用于驱动所述多个LED灯组工作；LED恒流驱动电路的数量与LED灯组的数量相同；

开关驱动电路，与第一个LED灯组的输入端以及输出电流调节电路的输出端连接，用于当多个LED灯组熄灭时产生可控硅开关的维持电流，使可控硅开关可正常工作。

其中，每级LED恒流驱动电路包括一个电流输入端、一个参考电压端和一个电流输出端；输出电流调节电路包括开关管，所述开关管包括输入端、输出端和控制端；

各级LED恒流驱动电路的电流输入端与各个LED灯组的输出端一一对应连接，各级LED恒流驱动电路的电流输出端共接于所述开关管的输入端，开关管的控制端连接输入电压采样和整形电路，开关管的输出端连接开关驱动电路。

其中，所述开关管为第一N沟道MOS管N1，所述第一N沟道MOS管N1的D极为输入端，S极为输出端，G极为控制端。

其中，所述输入电压采样和整形电路包括电阻R1、电阻R2和电容C1；电阻R1的第一端与电阻R2的第一端、电容C1的第一端以及开关管的控制端连接，电阻R2的第二端和电容C1的第二端连接参考地。

其中，每级LED恒流驱动电路包括一个运放器和一个N沟道MOS管；每级LED恒流驱动电路的运放器的正相输入端为该级LED恒流驱动电路的参考电压端，每级LED恒流驱动电路的运放器的反向输入端与该级LED恒流驱动电路的N沟道MOS管的S极连接共同形成该级LED恒流驱动电路的电流输出端，每级LED恒流驱动电路的N沟道MOS管的D极为该级LED恒流驱动电路的电流输入端，每级LED恒流驱动电路的运放器的输出端与该级LED恒流驱动电路的N沟道MOS管的G极连接。

其中，所述开关驱动电路包括运放器、N沟道MOS管、电阻R3和电阻R4；所述运放器的正相输入端为该开关驱动电路的参考电压端，所述运放器的输出端与所述N沟道MOS管的G极连接，所述N沟道MOS管的D极与第一个LED灯组的输入端连接，所述运放器的反向输入端和所述N沟道MOS管的S极共同与电阻R4的第一端连接，电阻R4的第二端与开关管的输出端以及电阻R3的第一端连接，电阻R3的第二端连接参考地。

其中，可控硅开关的切相角由小变大且小于或等于阈值的情况下所述稳定直流电信号由大变小，控制第一N沟道MOS管N1的G极和S极之间的电压由大变小且大于或等于第一N沟道MOS管N1的开启阈值电压，使得第一N沟道MOS管N1处于导通状态，第一N沟道MOS管N1的导通电阻由小变大，第一N沟道MOS管N1输出的电流由大变小，多个LED灯组输出的电流变小，多个LED灯组的正向导通电压变小，且第一个LED灯组的输入端与最后一个LED灯组的输出端的电压差值大于或等于所有LED灯组的正向导通电压之和，多个LED灯组处于全亮状态，且亮度越来越小；

可控硅开关的切相角调节至大于阈值的情况下所述稳定直流电信号使第一N沟道MOS管N1的G极和S极之间的电压小于第一N沟道MOS管N1的开启阈值电压，第一N沟道MOS管N1处于关断状态，多个LED灯组全部熄灭。

本发明提出了产生稳定直流电信号的方法、可控硅开关调光方法、及相应装置，将稳定直流电信号的方法或装置应用于可控硅开关调光领域得到的可控硅开关调光方法或装置，本发明的稳定直流电信号与可控硅开关的切相角一一对应，随可控硅开关的切相角增大而减小，利用该稳定直流电信号可以控制多个串联的LED灯组的工作状态，使多个串联的LED灯组全部亮或全部熄灭，避免LED灯组的亮度不够均匀，增强视觉效果。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种产生稳定直流电信号的方法流程图。

图2是可控硅开关输出的与该可控硅开关的切相角相关的交流电信号波形图。

图3是与可控硅开关的切相角一一对应的稳定直流电信号波形图。

图4是本发明实施例二提供的一种可控硅开关调光方法的方法流程图。

图5是本发明实施例三提供的一种产生稳定直流电信号的装置的结构方框图。

图6是本发明实施例四提供的一种可控硅开关调光装置的结构方框图。

图7是本发明实施例四提供的一种优选方式的可控硅开关调光装置的结构方框图

图8是本发明实施例四提供的可控硅开关调光装置的电路图。

图9是本发明实施例四的多个LED灯组输出的随可控硅开关的切相角变化的电流信号波形图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本实施例提供一种产生稳定直流电信号的方法，如图1所示，包括以下步骤：

S101、调节可控硅开关的切相角，输出与可控硅开关的切相角相关的交流电信号。

S102、对所述交流电信号进行整流。

S103、将经过整流后的电信号转换为与可控硅开关的切相角一一对应的稳定直流电信号，所述稳定直流电信号随可控硅开关的切相角增大而减小。

图2为可控硅开关输出的与该可控硅开关的切相角相关的交流电信号(Vin)波形图，图中从左到右随着时间周期T的递增，可控硅开关的切相角增大(但在同一个时间周期T内可控硅开关的切相角不变)，由图中可以看出，可控硅开关的切相角为0时，输出完整的交流电信号，可控硅开关的切相角越大，被切掉的电信号越多。

通过整流桥将该交流电信号进行整流，经过整流后得到的直流电信号是随时间变化的周期直流电信号，该随时间变化的周期直流电信号与可控硅开关的切相角有关，将该周期直流信号转化为稳定直流电信号(Vt)，得到与时间不相干的直流信号，即在可控硅开关的切相角不变的情况下，稳定直流电信号的值是稳定不变的，但当可控硅开关的切相角增大，稳定直流电信号的值减小，如图3所示。

本发明实施例的产生稳定直流电信号的方法，能够产生与可控硅开关的切相角一一对应的稳定直流电信号，随可控硅开关的切相角增大而减小，该稳定直流电信号可应用于可控硅调光领域，控制多个串联的LED灯组全部亮或全部熄灭，也可以根据实际需要应用于其他领域。

实施例二

本发明实施例提供的一种可控硅开关调光方法，是将实施例一的产生稳定直流电信号的方法运用于LED调光技术，在实施例一的基础上补充步骤和内容，本实施例尚未详尽之处可参考实施例一。

一种可控硅开关调光方法，应用于包括输出电流调节电路、与多个串联的LED灯组连接的可控硅开关调光装置，一个LED灯组包括一个LED或多个并联的LED。

如图4所示，该方法包括以下步骤：

S101、调节可控硅开关的切相角，输出与可控硅开关的切相角相关的交流电信号。

S102、对所述交流电信号进行整流。

S103、将经过整流后的电信号转换为与可控硅开关的切相角一一对应的稳定直流电信号，所述稳定直流电信号随可控硅开关的切相角增大而减小。

S104、根据所述稳定直流电信号的大小控制输出电流调节电路的导通或关断，使所述输出电流调节电路输出随所述稳定直流电信号的大小变化的电流，以控制多个串联的LED灯组输出的电流大小，使所述多个串联的LED灯组全部亮或全部熄灭。

众所周知，当一个电路的输入电信号大小发生改变，其输出电信号也会发生改变，但在步骤S104中，输出电流调节电路的等效电阻随所述稳定直流电信号的大小发生改变，进一步影响输出电流调节电路输出的电流。

优选的，所述输出电流调节电路包括N沟道MOS管；

所述步骤S104包括：

可控硅开关的切相角由小变大且小于或等于阈值的情况下所述稳定直流电信号由大变小，控制N沟道MOS管的G极和S极之间的电压由大变小且大于或等于N沟道MOS管的开启阈值电压，使得N沟道MOS管处于导通状态，N沟道MOS管的导通电阻由小变大，N沟道MOS管输出的电流由大变小，多个LED灯组输出的电流变小，多个LED灯组的正向导通电压变小，且第一个LED灯组的输入端与最后一个LED灯组的输出端的电压差值大于或等于所有LED灯组的正向导通电压之和，多个LED灯组处于全亮状态，且亮度越来越小；

可控硅开关的切相角调节至大于阈值的情况下所述稳定直流电信号使N沟道MOS管的G极和S极之间的电压小于N沟道MOS管的开启阈值电压，N沟道MOS管处于关断状态，多个LED灯组全部熄灭。

本发明实施例的可控硅开关调光方法，产生与可控硅开关的切相角一一对应的稳定直流电信号，利用该稳定直流电信号控制可控硅开关调光装置的输出电流调节电路的导通或关断，从而控制多个串联的LED灯组全部亮或全部熄灭，避免LED灯组的亮度不够均匀，增强视觉效果。

实施例三

本实施例提供一种产生稳定直流电信号的装置，本实施例与实施例一的方法相对应，本实施例尚未详尽之处可参考实施例一。

如图5所示，一种产生稳定直流电信号的装置，包括：

可控硅开关101，连接市电，用于输出与该可控硅开关101的切相角相关的交流电信号；

整流电路102，连接可控硅开关101，用于对所述交流电信号进行整流；

输入电压采样和整形电路103，连接整流电路102，用于将经过整流后的电信号转换为与可控硅开关101的切相角一一对应的稳定直流电信号，所述稳定直流电信号随可控硅开关101的切相角增大而减小。

本发明实施例的产生稳定直流电信号的装置，能够产生与可控硅开关101的切相角一一对应的稳定直流电信号。

实施例四

本实施例提供一种可控硅开关调光装置，本实施例与实施例一的方法相对应。

所述可控硅开关调光装置，与多个LED灯组100连接，多个LED灯组100之间串联，一个LED灯组包括一个LED或多个并联的LED。

如图6所示，该可控硅开关调光装置包括：

可控硅开关101，连接市电，用于输出与该可控硅开关101的切相角相关的交流电信号。

整流电路102，连接可控硅开关101，用于对所述交流电信号进行整流。

输入电压采样和整形电路103，连接整流电路102，用于将经过整流后的电信号转换为与可控硅开关101的切相角一一对应的稳定直流电信号，所述稳定直流电信号随可控硅开关101的切相角增大而减小。

输出电流调节电路104，连接输入电压采样和整形电路103，用于根据所述稳定直流电信号的大小导通或关断，输出随所述稳定直流电信号的大小变化的电流，以控制多个串联的LED灯组100输出的电流大小，使所述多个串联的LED灯组100全部亮或全部熄灭。

作为本实施例的一种优选方式，如图7所示，所述可控硅开关调光装置还包括：

多级LED恒流驱动电路105，与输出电流调节电路104连接且与多个LED灯组100一一对应连接，用于驱动所述多个LED灯组100工作；LED恒流驱动电路的数量与LED灯组的数量相同。

开关驱动电路106，与第一个LED灯组的输入端以及输出电流调节电路104的输出端连接，用于当多个LED灯组100熄灭时产生可控硅开关101的维持电流，使可控硅开关101可正常工作。

优选的，每级LED恒流驱动电路包括一个电流输入端、一个参考电压端和一个电流输出端；输出电流调节电路104包括开关管，所述开关管包括输入端、输出端和控制端。

各级LED恒流驱动电路的电流输入端与各个LED灯组的输出端一一对应连接，各级LED恒流驱动电路的电流输出端共接于所述开关管的输入端，开关管的控制端连接输入电压采样和整形电路103，开关管的输出端连接开关驱动电路106。

图8为可控硅开关调光装置的电路图，第一N沟道MOS管N1为输出电流调节电路104，所述第一N沟道MOS管N1的D极为输入端，S极为输出端，G极为控制端。

输入电压采样和整形电路103包括电阻R1、电阻R2和电容C1；电阻R1的第一端与电阻R2的第一端、电容C1的第一端以及开关管的控制端连接，电阻R2的第二端和电容C1的第二端连接参考地。

每级LED恒流驱动电路包括一个运放器和一个N沟道MOS管(图5中仅示出四级LED恒流驱动电路和四个LED灯组)；每级LED恒流驱动电路的运放器的正相输入端为该级LED恒流驱动电路的参考电压端，反向输入端与该级LED恒流驱动电路的N沟道MOS管的S极连接共同形成该级LED恒流驱动电路的电流输出端，该电流输出端连接第一N沟道MOS管N1的D极，每级LED恒流驱动电路的N沟道MOS管的D极为该级LED恒流驱动电路的电流输入端，连接对应的LED灯组的输出端，每级LED恒流驱动电路的运放器的输出端与该级LED恒流驱动电路的N沟道MOS管的G极连接。

所述开关驱动电路106包括一个运放器、一个N沟道MOS管、电阻R3和电阻R4；该开关驱动电路106的运放器的正相输入端为参考电压端，该开关驱动电路106的运放器的输出端与该开关驱动电路106的N沟道MOS管的G极连接，该N沟道MOS管的D极与第一个LED灯组的输入端连接，开关驱动电路106的运放器的反向输入端和该N沟道MOS管的S极共同与电阻R4的第一端连接，电阻R4的第二端与第一N沟道MOS管的S极以及电阻R3的第一端连接，电阻R3的第二端连接参考地。

该电路的工作原理如下：

开关驱动电路106在四个LED灯组熄灭时产生可控硅开关101的维持电流，使可控硅开关101可正常工作，产生的维持电流为V0/(R3+R4)；第一级至第四级LED恒流驱动电路分别控制四个LED灯组的输出电流，分别为V1/(R3+R_N1)、V2/(R3+R_N1)、V3/(R3+R_N1)、V4/(R3+R_N1)，其中，R_N1为第一N沟道MOS管N1的导通电阻，V0＜V1＜V2＜V3＜V4。

当不进行可控硅调光或者调光时可控硅开关101的切相角很小时，可控硅开关101输出的稳定直流电信号的电压比较大，足以使四个LED灯组全部亮，且输入电压采样和整形电路103输出电压较高，第一N沟道MOS管N1的G极和S极之间的电压Vgs很大，第一N沟道MOS管N1工作在深线性区，其导通电阻R_N1很小，其D极和S极的之间电压Vds很小，四个LED灯组输出电流可约等于V1/R3、V2/R3、V3/R3和V4/R3。

调节可控硅开关101的切相角由小变大且小于或等于阈值，如图2所示，输入电压采样和整形电路103输出的稳定直流电信号由大变小，如图3所示，第一N沟道MOS管N1的G极和S极之间的电压由大变小且大于或等于第一N沟道MOS管N1的开启阈值电压，第一N沟道MOS管N1处于导通状态，其工作状态逐渐由深线性区向饱和区移动，其导通电阻R_N1逐渐增大，其输出的电流由大变小，四个LED灯组的输出电流(Iout)变小，如图9所示，四个LED灯组的正向导通电压均变小，且第一个LED灯组的输入端与最后一个LED灯组的输出端的电压差值大于或等于所有LED灯组的正向导通电压之和，因此，四个LED灯组在可控硅开关101输出的电压较低时依然保持导通状态，四个LED灯组全亮，亮度随着可控硅开关101的切相角的增大越来越小。

继续调节可控硅开关101的切相角至大于阈值，输入电压采样和整形电路103输出的稳定直流电信号非常小，使得第一N沟道MOS管N1的G极和S极之间的电压Vgs小于第一N沟道MOS管N1的开启阈值电压，第一N沟道MOS管N1处于关断状态，多个LED灯组100全部熄灭。

所述阈值与电阻1和电阻R2的比例有关，可根据该比例进行调节，本发明优选此阈值为可控硅开关101的切相角的最大值的70％～80％；第一N沟道MOS管N1的开启阈值电压根据不同的制造工艺不同，本发明优选为在0.7V～1V。

本发明提供产生可控硅开关调光装置，产生与可控硅开关的切相角一一对应稳定直流电信号，稳定直流电信号随可控硅开关的切相角增大而减小，通过该稳定直流电信号可以控制多个串联的LED灯组的工作状态，使多个串联的LED灯组全部亮或全部熄灭，使得各个LED灯发光亮度均匀，视觉效果好。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。