开关调色控制电路、芯片、方法及开关调色LED驱动系统与流程

本发明涉及led照明开关调色控制技术领域，尤其涉及一种应用于led串联开关调色控制的开关调色控制电路、芯片、方法及开关调色led驱动系统。

背景技术：

led以其高效、节能、环保及寿命长等优点受到越来越多的关注，led灯具作为一种新型绿色光源逐步取代了传统的荧光灯。随着led照明应用范围的不断扩大，led照明也从最单一的照明功能逐渐向智能化、人性化和节能方向发展。为了满足人们在不同情景下对灯光的要求，具备开关调色温功能的led照明灯具应运而生。

参考图1-2，其中图1为现有开关调色串联led驱动电路的示意图，图2为图1所示电路的相关节点波形图。电路包括输入开关101，恒流驱动电源102，开关调色控制电路103，串联在恒流驱动电源102的正负输出端之间的n个led灯串，图例中示出为led灯串104和led灯串104’。其中开关调色控制电路103包括主控模块1031，与串联的led灯串所对应的驱动模块1032、1032’和开关模块1033、1033’。其工作原理是：主控模块检测输入开关的开关动作并根据输入开关的状态及预设规则输出控制信号至相应的驱动模块。与每个led灯串相对应的驱动模块将相应的控制信号转换成相应驱动信号，与每个led灯串相对应的开关模块根据相应驱动信号控制相应led灯串的点亮或关断。

结合图2所示的相关节点波形图可知，不同的led灯串接入方式时，led总灯串两端的电压相差很大。s1的高电平代表输入开关处于闭合状态，低电平代表输入开关处于断开状态。led灯串104驱动信号d1为高代表led灯串104串联接入，为低代表led灯串104被关断。led灯串104‘驱动信号d2为高代表led灯串104‘串联接入，为低led灯串104‘被关断。vin表示恒流驱动电源正、负输出端之间的电压，即led总灯串的正、负端的电压。一般会有输出电容并联在led总灯串两端，输入开关闭合期间，若单led灯串104串联接入时输出电容上的电压(即led总灯串的正、负端电压)为v1，若单led灯串104’串联接入时输出电容上的电压为v2(为方便图示，此处假设v2>v1)，若led灯串104和led灯串104’均接入时输出电容上的电压为v3(即v1+v2)。输入开关断开期间，输出电容无泄放通路，其电压基本维持不变。故，从led灯串104和led灯串104’均接入到单led灯串104串联接入切换时，即vin从v3到v1切换时，输出电容上的电荷将瞬间放电，所产生的大电流将流过led灯串和控制芯片内部的功率开关管，容易导致led灯串和控制芯片损坏。

因此，亟需对现有的开关调色串联led驱动进行改进，避免开关状态切换时输出电容瞬间放电引起的led灯串和/或控制电路损坏，提高开关调色控制电路的性能和可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种开关调色控制电路、芯片、方法及开关调色led驱动系统，通过在检测到输入开关的开关动作之后，先进行预处理操作，将输出电容上储存的电荷泄放至安全值，再改变开关状态，以避免开关状态切换时输出电容瞬间放电对led灯串和/或控制电路的损伤。

为实现上述目的，本发明提供了一种开关调色控制电路，适用于开关调色led驱动系统，所述系统包括：交流电源、电性连接所述交流电源的输入开关、电性连接所述交流电源以及所述输入开关的恒流驱动器、led总灯串以及并联在所述led总灯串的正、负端之间的输出电容，所述led总灯串包括串联的多个led灯串；所述电路分别电性连接所述恒流驱动器的一输出端以及所述led总灯串的正、负端，所述电路包括：开关检测模块，用于检测所述输入开关的开关动作并输出开关确认信号；控制模块，用于接收所述开关确认信号，以根据每个led灯串的当前状态和所述开关确认信号预判下一个状态，并输出开关状态切换信号；预处理模块，用于接收所述开关状态切换信号，以根据所述开关状态切换信号进行预处理动作并返回预处理完成信号至所述控制模块，所述预处理动作包括将所述输出电容上的电压放电至一电压阈值；所述控制模块进一步用于在接收到所述预处理完成信号后，输出相应的驱动信号，所述驱动信号用于将所述多个led灯串的至少一个点亮或关断，以调节所述led总灯串的色温。

为实现上述目的，本发明还提供了一种开关调色控制芯片，适用于开关调色led驱动系统，所述系统包括：交流电源、电性连接所述交流电源的输入开关、电性连接所述交流电源以及所述输入开关的恒流驱动器、led总灯串以及并联在所述led总灯串的正、负端之间的输出电容，所述led总灯串包括串联的多个led灯串；所述芯片的封装体上设有det引脚、vin引脚、gnd引脚以及至少一sw引脚，所述芯片内部设有本发明所述的开关调色控制电路；所述开关调色控制电路的开关检测模块电性连接所述det引脚，通过所述det引脚检测所述输入开关的开关动作；所述开关调色控制电路的预处理模块电性连接所述vin引脚，通过所述vin引脚将所述输出电容上的电压放电至一电压阈值；当所述开关调色控制电路包括开关模块时，所述开关模块分别电性连接所述vin引脚、gnd引脚以及相应sw引脚，通过相应sw引脚控制相应led灯串的点亮或关断。

为实现上述目的，本发明还提供了一种开关调色led驱动系统，所述系统包括：交流电源、电性连接所述交流电源的输入开关、电性连接所述交流电源以及所述输入开关的恒流驱动器、led总灯串以及并联在所述led总灯串两端的输出电容，所述led总灯串包括串联的多个led灯串；其特征在于，所述系统进一步包括本发明所述的开关调色控制电路；所述开关调色控制电路分别电性连接所述恒流驱动器的一输出端以及所述led总灯串的正、负端。

为实现上述目的，本发明还提供了一种开关调色控制方法，适用于开关调色led驱动系统，所述系统包括：交流电源、电性连接所述交流电源的输入开关、电性连接所述交流电源以及所述输入开关的恒流驱动器、led总灯串以及并联在所述led总灯串两端的输出电容，所述led总灯串包括串联的多个led灯串；其特征在于，所述方法包括：(1)检测所述输入开关的开关动作并输出开关确认信号；(2)接收所述开关确认信号，以根据每个led灯串的当前状态和所述开关确认信号预判下一个状态，并输出开关状态切换信号；(3)接收所述开关状态切换信号，以根据所述开关状态切换信号进行预处理动作并返回预处理完成信号，所述预处理动作包括将所述输出电容上的电压放电至一电压阈值；(4)接收到所述预处理完成信号并输出相应的驱动信号；(5)接收相应的驱动信号以将所述多个led灯串的至少一个点亮或关断，以调节led总灯串的色温。

本发明的优点在于，在检测到输入开关的开关动作之后，先进行预处理操作，将输出电容上储存的电荷泄放至安全值，待预处理操作完成之后，再改变开关状态，避免了开关状态切换时输出电容瞬间放电对led灯串和/或控制电路的损伤，提高了开关调色控制电路的性能和可靠性。

附图说明

图1，现有开关调色串联led驱动电路的示意图；

图2为图1所示电路的相关节点波形图；

图3，本发明所述的开关调色led驱动系统一实施例的架构示意图；

图4，本发明所述的预处理模块一实施例的电路图；

图5为图3所示系统的相关节点波形图；

图6，本发明所述的预处理模块另一实施例的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的开关调色控制电路、芯片、方法及开关调色led驱动系统做详细说明。

参考图3-5，其中，图3为本发明所述的开关调色led驱动系统一实施例的架构示意图；图4为本发明所述的预处理模块一实施例的电路图；图5为图3所示系统的相关节点波形图。

如图3所示，所述的开关调色led驱动系统包括：交流电源ac、电性连接所述交流电源ac的输入开关s1、电性连接所述交流电源ac以及所述输入开关s1的恒流驱动器31、led总灯串33以及并联在所述led总灯串33的正、负端之间的输出电容c0。交流电源ac一般为市电，输入开关s1一端接在交流电源ac上，另外一端接恒流驱动器31；恒流驱动器31将输入的交流电源转化成恒定电流源，输出至串联的多个led灯串；恒流驱动器31的正、负输出端之间一般并联有输出电容c0，也即输出电容c0接在led总灯串33的正、负端之间；所述led总灯串33包括串联的多个led灯串。本实施例以串联的两个led灯串led1、led2为例进行说明；在其它实施例中，led总灯串33可以包括串联的两个以上led灯串，其电路连接及控制方式可参照本实施例。

如图3所示，所述的系统进一步包括开关调色控制电路32，所述开关调色控制电路32分别电性连接所述恒流驱动器31的一输出端以及所述led总灯串33的正、负端；所述开关调色控制电路32包括：开关检测模块321、控制模块322以及预处理模块323。

所述开关检测模块321，用于检测所述输入开关s1的开关动作并输出开关确认信号。例如，输入开关s1的高电平代表输入开关s1处于闭合状态，开关确认信号为高电平；输入开关s1的低电平代表输入开关s1处于断开状态，开关确认信号为低电平。

所述控制模块322，用于接收所述开关确认信号，以根据每个led灯串的当前状态和所述开关确认信号预判下一个状态，并输出开关状态切换信号。

所述预处理模块323，用于接收所述开关状态切换信号，以根据所述开关状态切换信号进行预处理动作并返回预处理完成信号至所述控制模块323，所述预处理动作包括将led总灯串33两端电压vin(即所述输出电容c0上的电压)放电至一电压阈值。

所述控制模块322，进一步用于在接收到所述预处理完成信号后，输出相应的驱动信号，所述驱动信号用于将所述多个led灯串led1、led2的至少一个点亮或关断，以调节所述led总灯串33的色温。

由于在串联的多个led灯串接入方式改变之前，预处理模块323已经完成准备工作，所以改变串联的多个led灯串接入方式之后不会导致输出电容的大电流瞬间放电，避免了大电流导致led灯串和/或控制芯片损坏的可能性，提高了开关调色控制电路的性能和可靠性。

优选的所述开关调色控制电路32还包括开关模块324，所述开关模块324包括多个开关子模块，每一开关子模块分别用于接收一相应的驱动信号以控制一相应的led灯串的点亮或关断，从而实现多个led灯串的不同接入方式以调节led总灯串的色温。

本实施例以串联的两个开关k1、k2为例进行说明；在其它实施例中，开关模块324可以包括串联的两个以上开关，其电路连接及控制方式可参照本实施例。开关k1的第一端电性连接led灯串led1的第一端，控制端接收控制模块322输出的驱动信号d1；开关k2的第二端电性连接led灯串led2的第二端，控制端接收控制模块322输出的驱动信号d2；串联的开关k1与开关k2的公共端电性连接串联的led灯串led1、led灯串led2的公共端。开关k1、k2接收相应的驱动信号以闭合或关断，实现led灯串led1、led2的不同接入方式。例如，驱动信号d1为高代表k1断开，led1串联接入被点亮，为低代表k1闭合，led1被关断；驱动信号d2为高代表k2断开，led2串联接入被点亮，为低代表k2闭合，led2被关断。具体的开关k1、k2可以为功率开关管，所述功率开关管根据接收的驱动信号闭合以控制相应led灯串点亮，或根据接收的驱动信号关断以控制相应led灯串关断。

如图4所示，所述预处理模块323包括：电压检测单元401、运算放大器op1、放电控制单元402以及预处理完成单元403。所述电压检测单元401、运算放大器op1、放电控制单元402以及输出电容c0组成反馈环路，使所述输出电容c0上的电压被钳位在电压阈值。

所述电压检测单元401，用于检测所述输出电容c0上的电压并输出电压检测信号。具体的，所述电压检测单元401包括串联的第一电阻r1和第二电阻r2；所述第一电阻r1的第一端电性连接所述输出电容c0，所述第二电阻r2的第二端接地，所述第一电阻r1与所述第二电阻r2的公共端电性连接所述运算放大器op1的正向输入端，以检测并采样输出电容c0上的电压vin获取电压检测信号。具体的，电压检测信号的电压值为：vin*r2/(r1+r2)。

需要说明的是，由于输出电容c0并联在led总灯串33两端，检测并采样输出电容c0上的电压vin，即为检测并采样led总灯串33两端的电压。

所述运算放大器op1，正向输入端用于接收所述电压检测信号，反向输入端用于接收基准电压信号vref，使能输入端en用于接收所述开关状态切换信号，输出端输出放电控制信号。当控制模块322输出的开关状态切换信号有效时(使能输入端en使能)，运算放大器op1开始工作，输出电容c0上的电压vin被电压检测单元401检测并采样，并与基准电压信号vref进行比较，以控制放电控制单元402开始或停止对输出电容c0放电。

所述放电控制单元402，用于接收所述放电控制信号，以开始或停止对所述输出电容c0放电。具体的，当电压检测信号的电压值大于等于基准电压信号vref的电压值时，放电控制单元402开始对输出电容c0放电；当电压检测信号的电压值小于基准电压信号vref的电压值时，放电控制单元402停止对输出电容c0放电。具体的，所述放电控制单元402包括功率mos管m1，所述功率mos管m1的第一端电性连接所述输出电容c0，第二端接地，控制端电性连接所述运算放大器op1的输出端；所述功率mos管m1用于根据接收的所述放电控制信号导通以开始对所述输出电容c0放电，或根据接收的所述放电控制信号关断以停止对所述输出电容c0放电。

所述预处理完成单元403，用于在所述输出电容c0上的电压被钳位在所述电压阈值后，输出预处理完成信号至所述控制模块322。可选的，所述预处理完成单元403包括一计时器t1，所述计时器t1在接收所述开关状态切换信号后开始计时，并在计时结束时输出预处理完成信号至所述控制模块322。

也即，本实施例中，当控制模块322输出的开关状态切换信号有效时，运算放大器op1开始工作，调节功率mos管m1的栅极电压对输出电容c0放电，同时计时器t1开始计时。输出电容c0上的电压vin被电压检测单元401检测并采样，并与预设的基准电压信号vref进行比较。当vin*r2/(r1+r2)大于等于vref时(也即vin大于等于vref*(r1+r2)/r2时)，功率mos管m1导通，开始对输出电容c0放电；当vin小于vref*(r1+r2)/r2时(也即vin小于vref*(r1+r2)/r2时)，功率mos管m1关断，停止对输出电容c0放电。反馈环路使输出电容c0上的电压最终被钳位在vref*(r1+r2)/r2，也即所述电压阈值为固定设定值：vref*(r1+r2)/r2；其中，vref为所述基准电压信号的电压值，r1为所述第一电阻的电阻值，r2为所述第二电阻的电阻值

结合图3-5可知，不同的led灯串接入时，输出电容c0上的电压都会先下降到设定值v0＝vref*(r1+r2)/r2。图示中，输入开关s1的高电平代表输入开关s1处于闭合状态，低电平代表输入开关s1处于断开状态。驱动led灯串led1的驱动信号d1为高代表开关k1断开，led灯串led1串联接入被点亮，为低代表开关k1闭合，led灯串led1被关断。驱动led灯串led2驱动信号d2为高代表开关k2断开，led灯串led2串联接入被点亮，为低代表开关k2闭合，led灯串led2被关断。vin表示输出电容c0上的电压(也即led总灯串的正、负端之间的电压)。在输入开关s1闭合期间，若仅有led1串联接入时，输出电容c0上的电压为v1；若仅有led2串联接入时，输出电容c0上的电压为v2(此处假设v2>v1)；若led1和led2均接入时，输出电容c0上的电压为v3(v3＝v1+v2)。在输入开关s1断开期间，预处理模块323将输出电容c0上的电压预先放电至v0(v0＝vref*(r1+r2)/r2)，然后等待输入开关s1再次闭合时，输出电容c0上的电压从v0上升至相应的目标值(相应电压v1、v2、v3)。例如，从led1和led2均接入到仅有led1串联接入切换时(即vin从v3到v1切换时)，输出电容c0上的电荷将预先从放电v3至v0，然后从v0上升至v1。也即，输出电容c0的放电电流由预处理模块323内部的放电控制单元402限制，不会产生大电流，保护led灯串和/或控制电路不易损坏。

参考图6，为本发明所述的预处理模块另一实施例的电路图，与图4所示实施例的不同之处在于，本实施例中，电压阈值为根据开关状态切换信号产生的特定值。具体的，所述预处理模块323增设了基准电压信号产生器601。所述基准电压信号产生器601，输入端接收所述开关状态切换信号，输出端电性连接所述运算放大器op1的反向输入端，用于根据所述开关状态切换信号产生相应基准电压信号并输出，使得所述电压阈值为与开关状态切换后的目标电压相关的值。

本发明提供的开关调色led驱动系统中的开关调色控制电路，在检测到输入开关的开关动作之后，先进行预处理操作，将输出电容上储存的电荷泄放至安全值，待预处理操作完成之后，再改变开关状态，避免了开关状态切换时输出电容瞬间放电对led灯串和/或控制电路的损伤，提高了开关调色控制电路的性能和可靠性。

本发明还提供了一种开关调色控制芯片，适用于开关调色led驱动系统，所述系统包括：交流电源ac、电性连接所述交流电源ac的输入开关s1、电性连接所述交流电源ac以及所述输入开关s1的恒流驱动器31、led总灯串33以及并联在所述led总灯串33的正、负端之间的输出电容c0，所述led总灯串33包括串联的多个led灯串。所述芯片的封装体上设有det引脚、vin引脚、gnd引脚以及至少一sw引脚，所述芯片内部设有本发明所述的开关调色控制电路32(可参照图3所示)。

具体的，所述开关调色控制电路32的开关检测模块321电性连接所述det引脚，通过所述det引脚检测所述输入开关s1的开关动作；所述开关调色控制电路32的预处理模块323电性连接所述vin引脚，通过所述vin引脚将所述输出电容c0上的电压放电至一电压阈值。当所述开关调色控制电路32包括开关模块324时，所述开关模块324分别电性连接所述vin引脚、gnd引脚以及相应sw引脚，通过相应sw引脚控制相应led灯串的点亮或关断。

优选的，所述开关模块324包括多个串联的开关子模块，第一个开关子模块的第一端电性连接所述vin引脚，最后一个开关子模块的第二端电性连接所述gnd引脚，相邻两个开关子模块的公共端电性连接一sw引脚。参照图3所示，串联的两个开关k1、k2中，开关k1的第一端电性连接vin引脚，以通过vin引脚电性连接led灯串led1的第一端(也即led总灯串的正端)，控制端接收控制模块322输出的驱动信号d1；开关k2的第二端电性连接gnd引脚，以通过gnd引脚电性连接led灯串led2的第二端(也即led总灯串的负端)，控制端接收控制模块322输出的驱动信号d2；串联的开关k1与开关k2的公共端电性连接sw引脚，以通过sw引脚电性连接串联的led灯串led1、led灯串led2的公共端。开关k1、k2接收相应的驱动信号以闭合或关断，实现led灯串led1、led2的不同接入方式。

本发明还提供了一种开关调色控制方法，适用于开关调色led驱动系统，所述系统包括：交流电源、电性连接所述交流电源的输入开关、电性连接所述交流电源以及所述输入开关的恒流驱动器、led总灯串以及并联在所述led总灯串两端的输出电容，所述led总灯串包括串联的多个led灯串；所述开关调色控制方法包括：(1)检测所述输入开关的开关动作并输出开关确认信号；(2)接收所述开关确认信号，以根据每个led灯串的当前状态和所述开关确认信号预判下一个状态，并输出开关状态切换信号；(3)接收所述开关状态切换信号，以根据所述开关状态切换信号进行预处理动作并返回预处理完成信号，所述预处理动作包括将所述输出电容上的电压放电至一电压阈值；(4)接收到所述预处理完成信号并输出相应的驱动信号；(5)接收相应的驱动信号以将所述多个led灯串的至少一个点亮或关断，以调节led总灯串的色温。

在一实施例中，接收所述开关状态切换信号，以根据所述开关状态切换信号进行预处理动作并返回预处理完成信号的方法进一步为：(31)检测所述输出电容上的电压并输出电压检测信号；(32)分别接收所述电压检测信号、基准电压信号、所述开关状态切换信号，进行运算放大后输出放电控制信号；(33)根据所述放电控制信号开始或停止对所述输出电容放电，使所述输出电容上的电压被钳位在所述电压阈值；(34)在所述输出电容上的电压被钳位在所述电压阈值后，输出预处理完成信号。

在一实施例中，检测所述输出电容上的电压并输出电压检测信号的方法进一步为：通过串联的第一电阻和第二电阻检测所述输出电容上的电压并输出电压检测信号，其中所述第一电阻的第一端电性连接所述输出电容，所述第二电阻的第二端接地，所述第一电阻与所述第二电阻的公共端输出电压检测信号。相应的，所述电压阈值为：vref*(r1+r2)/r2其中，vref为所述基准电压信号的电压值，r1为所述第一电阻的电阻值，r2为所述第二电阻的电阻值。

在一实施例中，所述基准电压信号进一步根据所述开关状态切换信号产生，使得所述电压阈值为与开关状态切换后的目标电压相关的值。

在一实施例中，根据所述放电控制信号开始或停止对所述输出电容放电，使所述输出电容上的电压被钳位在所述电压阈值的方法进一步为：通过功率mos管根据接收的所述放电控制信号导通以开始对所述输出电容放电，或通过功率mos管根据接收的所述放电控制信号关断以停止对所述输出电容放电；其中所述功率mos管的第一端电性连接所述输出电容，第二端接地，控制端用于接收的所述放电控制信号。

在一实施例中，在所述输出电容上的电压被钳位在所述电压阈值后，输出预处理完成信号的方法进一步为：通过一计时器在接收所述开关状态切换信号后开始计时，并在计时结束时输出预处理完成信号。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。