调光转换模块、LED驱动装置及其控制方法与流程

本发明涉及光源控制技术，更具体地，涉及调光转换模块、led驱动装置及其控制方法。

背景技术：

在发光二极管(light-emittingdiode,led)用于照明领域时，采用led调光装置调节亮度以满足用户的个性化需求或者根据环境需要调光以降低能耗。采用led调光装置可以调整led的亮度和色温，以达到用户的需求。

led调光装置例如采用传统的可控硅调光器。然而，可控硅调光器存在维持电流一致性不一的问题，而且各个国家、各个品牌的产品也存在差异，容易出现调光器兼容性的问题。此外，在调光过程中还会出现闪烁等现象。进一步改进的led调光装置采用功率转换模块提供直流输出电压，通过改变流过led灯的电流实现调光。功率转换模块可以适应宽范围的供电电压并且提供稳定的电流，并且可以实现智能调光，因此已经得到广泛的应用。

图1示出根据现有技术的led调光系统的示意性框图。该led调光系统包括调光器110、led驱动装置120和led灯130。调光器110根据用户的操作产生调光信号vadj。led驱动装置120根据调光信号vadj改变输出电流的大小或者有效点亮时间。led灯130作为功率转换模块的负载，连接在led驱动装置120的两个输出端之间。led驱动装置120包括整流桥121、功率转换模块12和控制模块123。该整流桥121从市电电网获得交流输入电压，并且经过整流获得直流母线电压。功率转换模块122将直流母线电压进一步转换成直流输出电压。控制模块123接收调光信号vadj，根据调光数据进一步产生控制信号。功率转换模块122在控制信号的控制下调节输出电压、输出电流和占空比中的至少一种。由于输出电压、输出电流和占空比中的至少一种的变化，led的亮度、颜色会发生变化。

图2(a)至(c)分别示出三种不同类型的调光器的工作原理。如图2(a)所示，调光器110采用可调电阻r11对恒定的直流输入电压vin进行分压，以获得与led亮度相对应幅值的直流电压(例如0-10v)作为调光信号vadj，该调光信号vadj的幅值用于表征led亮度。如图2(b)所示，调光器210接入交流电电网，产生电力载波信号作为调光信号vadj，该调光信号用于传输调光数据以表征led亮度。如图2(c)所示，调光器310连接脉宽调制(pwm)信号发生器，产生pwm信号作为调光信号vadj，该调光信号的占空比用于表征led亮度。

上述不同类型的调光器的调光信号vadj均可表征led亮度，然而，由于工作原理不同，不同类型的调光器的信号类型、输出阻抗和输出特性均不一致。led驱动装置120只能响应特定类型的调光器110，从而导致led驱动装置120的兼容性差。

对于不同类型的调光方式，led驱动装置120均需要重新设计，因此调光系统成本高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种调光转换模块、led驱动装置及其控制方法，其中，采用调光转换模块识别调光信号的类型，以及将调光信号转换成规范类型的控制信号，以提高其兼容性以及降低其设计成本和制造成本。

根据本发明的第一方面，提供一种调光转换模块，包括：采样模块，用于对调光器产生的调光信号进行采样以获得信号波形和调光数据；以及信号产生模块，用于根据所述信号波形产生第二开关控制信号，以及根据所述调光数据产生所述亮度控制信号。

优选地，所述调光器为无源调光器，所述调光转换模块还包括：电流产生模块，用于向所述无源调光器提供恒定电流以产生所述调光信号。

优选地，所述电流产生模块包括多个电流支路，每个电流支路包括串联连接的一个电流源和一个选择开关。

优选地，所述采样模块包括：运算放大器，所述运算放大器的同相输入端接收所述调光信号，反相输入端与输出端连接，以形成跟随器；第一开关和第二开关，所述第一开关的第一端连接在所述运算放大器的所述输出端，所述第二开关的第一端接收所述调光信号，所述第一开关的第二端和所述第二开关的第二端连接至公共的第一节点；第一分压网络和第二分压网络，并联连接在所述第一节点和地之间，分别提供第一采样信号和第二采样信号；以及低通滤波器，连接至所述第二分压网络，对所述第二采样信号进行滤波，其中，所述第一采样信号和所述第二采样信号分别表征所述信号波形和所述调光数据。

优选地，所述第一开关和所述第二开关分别为选自双极晶体管和金属氧化物半导体场效应管中的任一种。

优选地，所述调光器的类型为选自pwm调光器、0-10v有源直流调光器和0-10v无源调光器中的至少一种。

优选地，所述第二开关控制信号用于根据所述调光器的类型控制所述第一开关和所述第二开关的开关状态，以及所述电流产生模块的工作状态。

优选地，在识别所述调光器的类型时，所述调光转换模块工作于以下模式之一：第一模式，所述电流产生模块与所述调光器断开，所述第一开关闭合，所述第二开关断开；第二模式，所述电流产生模块向所述调光器提供所述恒定电流，所述第一开关断开，所述第二开关闭合；以及第三模式，所述电流产生模块与所述调光器连接，所述第一开关闭合，所述第二开关断开。

优选地，在识别所述调光器的类型时，所述调光转换模块执行以下操作：如果所述信号产生模块在第一模式和第二模式中的任一个检测到所述调光信号的电压值，则进一步根据所述调光信号的波形特点判断所述调光器为pwm调光器和有源直流调光器之一，如果所述信号产生模块在所述第一模式和所述第二模式中的任一个未检测到所述调光信号的电压值，并且在所述第三模式中检测到所述调光信号的电压值，则判断所述调光器为无源调光器。

优选地，所述亮度控制信号为pwm信号，并且所述pwm信号的占空比所述调光数据相一致。

优选地，所述亮度控制信号为直流电压信号，并且所述直流电压信号的幅值与所述调光数据相一致。

根据本发明的第二方面，提供一种led驱动装置，包括：整流桥，用于将交流输入电压整流以获得直流母线电压；

调光转换模块，包括：采样模块，用于对调光器产生的调光信号进行采样以获得信号波形和调光数据；以及信号产生模块，用于根据所述信号波形产生第二开关控制信号，以及根据所述调光数据产生所述亮度控制信号；

控制模块，用于根据所述亮度控制信号产生第一开关控制信号；以及

功率转换模块，用于根据所述第一开关控制信号将所述直流母线电压转换成直流输出信号，从而向led灯传输电能，其中，所述功率转换模块根据所述亮度控制信号控制电能传输，从而调节所述led灯的亮度。

优选地，所述调光器为无源调光器，所述调光转换模块还包括：

电流产生模块，用于向所述无源调光器提供恒定电流以产生所述调光信号。

优选地，所述电流产生模块包括多个电流支路，每个电流支路包括串联连接的一个电流源和一个选择开关。

优选地，所述采样模块包括：

运算放大器，所述运算放大器的同相输入端接收所述调光信号，反相输入端与输出端连接，以形成跟随器；

第一开关和第二开关，所述第一开关的第一端连接在所述运算放大器的所述输出端，所述第二开关的第一端接收所述调光信号，所述第一开关的第二端和所述第二开关的第二端连接至公共的第一节点；

第一分压网络和第二分压网络，并联连接在所述第一节点和地之间，分别提供第一采样信号和第二采样信号；以及

低通滤波器，连接至所述第二分压网络，对所述第二采样信号进行滤波，

其中，所述第一采样信号和所述第二采样信号分别表征所述信号波形和所述调光数据。

优选地，所述第一开关和所述第二开关分别为选自双极晶体管和金属氧化物半导体场效应管中的任一种。

优选地，所述调光器的类型为选自pwm调光器、0-10v有源直流调光器和0-10v无源调光器中的至少一种。

优选地，所述第二开关控制信号用于根据所述调光器的类型控制所述第一开关和所述第二开关的开关状态，以及所述电流产生模块的工作状态。

优选地，在识别所述调光器的类型时，所述调光转换模块工作于以下模式之一：

第一模式，所述电流产生模块与所述调光器断开，所述第一开关闭合，所述第二开关断开；

第二模式，所述电流产生模块向所述调光器提供所述恒定电流，所述第一开关断开，所述第二开关闭合；以及

第三模式，所述电流产生模块与所述调光器连接，所述第一开关闭合，所述第二开关断开。

优选地，在识别所述调光器的类型时，所述调光转换模块执行以下操作：

如果所述信号产生模块在第一模式和第二模式中的任一个检测到所述调光信号的电压值，则进一步根据所述调光信号的波形特点判断所述调光器为pwm调光器和有源直流调光器之一，

如果所述信号产生模块在所述第一模式和所述第二模式中的任一个未检测到所述调光信号的电压值，并且在所述第三模式中检测到所述调光信号的电压值，则判断所述调光器为无源调光器。

优选地，所述亮度控制信号为pwm信号，并且所述pwm信号的占空比所述调光数据相一致。

优选地，所述亮度控制信号为直流电压信号，并且所述直流电压信号的幅值与所述调光数据相一致。

优选地，所述功率转换模块具有升压型拓扑、降压型拓扑、升降压型拓扑和反激式拓扑中的至少一种。

根据本发明的第三方面，提供一种用于led驱动装置的控制方法，包括：将交流输入电压整流以获得直流母线电压；根据调光器的类型将调光信号转换成亮度控制信号；根据所述亮度控制信号产生第一开关控制信号；以及根据所述第一开关控制信号将所述直流母线电压转换成直流输出信号，从而向led灯传输电能，其中，根据所述亮度控制信号控制电能传输，从而调节所述led灯的亮度。

优选地，将调光信号转换成亮度控制信号的步骤包括：以分时工作的方式获得所述调光信号的信号波形和调光数据，分别用于判断所述调光器的类型和产生所述亮度控制信号。

优选地，获得所述信号波形的步骤包括：对所述调光信号的采样信号进行滤波以获得所述调光数据。

优选地，获得所述调光数据的步骤包括：向无源调光器提供恒定电流以产生所述调光信号。

优选地，根据所述调光信号的波形特点判断所述调光器为pwm调光器和有源直流调光器之一，根据在恒定电流驱动时检测到电压值的特点判断所述调光器为无源调光器。

优选地，所述亮度控制信号为pwm信号，并且所述pwm信号的占空比所述调光数据相一致。

优选地，所述亮度控制信号为直流电压信号，并且所述直流电压信号的幅值与所述调光数据相一致。

根据本发明实施例的调光转换模块、led驱动装置及其控制方法，其中，采用调光转换模块识别调光信号的类型，以及将调光信号转换成规范类型的亮度控制信号，从而调节所述led灯的亮度。该led驱动装置可以自动识别不同类型的调光器，与现有的0-10v直流调光器完全兼容，从而可以提高与不同类型的调光器匹配的兼容性以及降低设计成本和制造成本。

进一步地，在调光转换模块识别调光信号的类型之后，可以根据调光器的类型产生不同的调光曲线，使得调光方式多样化。

在优选的实施例中，调光转换模块中的电流产生模块包括多个电流支路，针对无源调光器，可以根据调光器的型号提供相应的恒定电流，从而保证调光器正常工作。进一步地，调光转换模块的采样模块和电流产生模块共用一个端子，从而以分时方式接收调光信号和提供恒定电流。该设计减少端子数量，从而简化电路结构，便于生产。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出根据现有技术的led调光系统的示意性框图。

图2(a)至(c)示出不同类型的调光器工作原理的示意性框图。

图3示出根据本发明实施例的led调光系统的示意性框图。

图4示出图3中调光转换模块的示意性框图。

图5示出图3中调光转换模块的示意性电路图。

图6示出根据本发明实施例的led驱动装置的控制方法流程图。

图7示出根据本发明实施例的led驱动装置的调光信号与亮度控制信号的关系曲线。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图3示出根据本发明实施例的led调光系统的示意性框图。该led调光系统包括调光器110、led驱动装置220和led灯130。

调光器110根据用户的操作产生调光信号vadj。led驱动装置220根据调光信号vadj改变输出电流的大小或者有效点亮时间。led灯130作为功率转换模块的负载，连接在led驱动装置220的两个输出端之间。led驱动装置220包括整流桥121、功率转换模块122、控制模块123、以及调光转换模块124。该整流桥121从市电电网获得交流输入电压，并且经过整流获得直流母线电压。功率转换模块122将直流母线电压进一步转换成直流输出电压。例如，功率转换模块具有升压型拓扑、降压型拓扑、升降压型拓扑和反激式拓扑中的至少一种。调光转换模块124接收调光信号vadj，根据调光信号vadj进一步产生亮度控制信号vctrl。功率转换模块122在亮度控制信号vctrl的控制下调节输出电压、输出电流和占空比中的至少一种。由于输出电压、输出电流和占空比中的至少一种的变化，led的亮度、颜色会发生变化。

在该实施例中，led驱动装置220在接收到调光信号之后，进一步识别调光信号的类型，以及将调光信号转换成规范类型的亮度控制信号。因此，该led驱动装置220可以兼容不同类型的调光器。

图4示出图3中调光转换模块的示意性电路图。调光转换模块124包括采样模块1241、电流产生模块1242、以及信号产生模块1243。

采样模块1241的第一输入端连接至调光器，以接收调光信号vadj，第二输入端连接至信号产生模块1243，用于接收开关控制信号vsw。进一步地，采样模块1241的第一输出端和第二输出端分别连接至信号产生模块1243，并且分别提供第一采样信号vs1和第二采样信号vs2。

电流产生模块1242包括多个电流源。电流产生模块1242的输入端连接至信号产生模块1243，用于接收开关控制信号vsw，从多个电流源中选择一个电流源，输出端提供与该电流源相对应的恒定电流is。

采样模块1241的第一输入端与电流产生模块1242的输出端可以使用公共端子，并且以分时方式接收调光信号vadj和提供恒定电流is。

在检测调光器类型时，信号产生模块1243提供开关控制信号vsw，从而控制采样模块1241中的开关k1和k2以及电流产生模块1242中的选择开关的开关状态。例如，开关为选自双极晶体管和金属氧化物半导体场效应管中的至少一种。

当调光器为pwm调光器和有源直流调光器时，调光器自身提供调光信号vadj。当调光器为无源调光器时，电流产生模块1242向调光器的无源元件提供恒定电流is，从而在调光器的无源元件上产生电压，作为调光信号vadj。采样模块1241提供的第一采样信号vs1为调光信号vadj相对应的信号波形，第二采样信号vs2为调光信号vadj的采样信号经过低通滤波之后获得的直流电压，该直流电压的幅值与调光信号vadj的调光数据相一致。

第一采样信号vs1用于表征调光信号vadj的信号波形，第二采样信号vs2用于表征调光信号vadj的调光数据。

进一步的，信号产生模块1243根据第一采样信号vs1和第二采样信号vs2至少之一生成亮度控制信号vctrl。该亮度控制信号vctrl例如是pwm信号或直流电压信号，其中，pwm信号的占空比或直流电压信号的幅值与调光信号vadj的调光数据相对应。

图5示出图3中调光转换模块的示意性电路图。如图所示，调光转换模块124中的采样模块1241包括运算放大器u2、开关k1和k2、电阻r4至r8以及电容c1。该采样模块1241包括第一输入端和第二输入端，分别接收调光信号vadj和开关控制信号vsw，以及第一输出端和第二输出端，分别提供第一采样信号vs1和第二采样信号vs2。

运算放大器u2的同相输入端连接至第一输入端，接收调光信号vadj，反相输入端与输出端连接以形成跟随器。

进一步地，运算放大器u2的输出端和同相输入端分别经由开关k1和k2连接至公共的第一节点。

电阻r4和r5串联连接在第一节点和地之间，组成第一分压网络，二者的中间节点连接至第一输出端，用于提供第一采样信号vs1。

电阻r6和r7串联连接在第一节点和地之间，组成第二分压网络，二者的中间节点，用于提供第二采样信号vs2。

电阻r8和电容c1组成低通滤波器，连接在电阻r6和r7的中间节点与第二输出端之间，用于对第二采样信号vs2进行滤波。

开关k1和k2的控制端连接至第二输入端，从而接收开关控制信号vsw，并且根据开关控制信号vsw切换闭合和断开状态。

调光转换模块124中的电流产生模块1242包括多个电流源i1至in和多个选择开关j1至jn，组成多个并联连接的电流支路。每个电流支路包括串联连接的一个电流源和一个开关。在开关导通时，相应的一个电流源提供恒定电流is。所述多个电流支路的电流源提供的恒定电流不同，在判断为无源调光器的情形下，根据调光器参数将相应的恒定电流施加至调光元件用于产生调光信号。

信号产生模块u1的第一输入端和第二输入端分别接收第一采样信号vs1和第二采样信号vs2，第一输出端提供一组开关控制信号vsw，第二输出端提供亮度控制信号vctrl。

在工作过程中，当开关k1闭合，运算放大器u2组成的跟随器工作，该跟随器的输入电压和输出电压一样，当开关k2闭合，调光信号可以直接连接到电阻r4和r6的第一端，此时跟随器被短路。

在检测调光器类型时，信号产生模块1243提供开关控制信号vsw，从而控制采样模块1241中的开关k1和k2以及电流产生模块1242中的选择开关j1至jn的开关状态。

当调光器为pwm调光器时，电流产生模块1242断开，开关k1或者开关k2任意一个闭合，电阻r5两端产生第一采样信号vs1。该第一采样信号vs1是与pwm调光器输出的调光信号vadj相位一致、且幅值分压的波形。信号产生模块1243根据第一采样信号vs1就能判断该状态为pwm调光器。

当调光器为有源直流调光器时，电流产生模块1242断开，开关k1或者开关k2任意一个闭合，电阻r5两端产生第一采样信号vs1。该第一采样信号vs1是稳定的直流电压(例如0-10v)，即对调光信号vadj进行分压获得的波形。信号产生模块1243根据第一采样信号vs1就能判断该状态为有源直流调光器。

当调光器为无源调光器时，假定调光器暂时未调节。开关k1闭合，开关k2断开。当电流产生模块1242断开时，电阻r5两端电压为0v。当电流产生模块1242提供电流时，电阻r5两端出现电压值。电阻r5两端的电压即第一采样信号vs1。该第一采样信号vs1是与电流产生模块1242的电流变化一致的电压信号。信号产生模块1243根据第一采样信号vs1就能判断该状态为无源调光器。

在检测调光器类型之后，信号产生模块1243提供开关控制信号vsw，从而控制采样模块1241中的开关k1和k2以及电流产生模块1242中的选择开关j1至jn的开关状态。优选地，当调光器为pwm调光器时，电流产生模块1242断开，开关k1断开，开关k2闭合，可以防止跟随器传输方波失真；当调光器为有源直流调光器时，电流产生模块1242断开，开关k1或者开关k2只要任意一个闭合即可；当调光器为无源调光器时，电流产生模块1242提供电流，开关k1闭合开关k2断开。替代地，某些特定场合，开关k1、开关k2和电流产生模块1242的组合方式都可以任意改变。

进一步地，电阻r4和r5组成的第一分压网络与电阻r6和r7组成的第一分压网络并联连接。第一采样信号vs1和第二采样信号vs2相对应。第二采样信号vs2经过低通滤波，用于表征第一采样信号vs1的平均值。因此，第二采样信号vs2的幅值可以表征调光信号vadj的平均值。

在该实施例中，信号产生模块u1可以根据第二采样信号vs2生成亮度控制信号vctrl。例如，根据第二采样信号vs2的幅值生成相应占空比的pwm信号。因此，信号产生模块将调光信号vadj转换成规范类型的亮度控制信号vctrl，例如pwm信号。

在替代的实施例中，信号产生模块u1可以根据第一采样信号vs1生成亮度控制信号vctrl。例如，根据第一采样信号vs1的占空比生成相应占空比的pwm信号。

图6示出根据本发明实施例的led驱动装置的控制方法流程图。例如在图3所示的led驱动装置220中执行该控制方法的各个步骤。

在步骤s01中，将交流输入电压整流以获得直流母线电压。

在步骤s02中，根据调光器的类型将调光信号转换成亮度控制信号。

在该步骤中，以分时工作的方式获得所述调光信号的信号波形和调光数据，分别用于判断所述调光器的类型和产生所述亮度控制信号。例如，对所述调光信号的采样信号进行滤波以获得所述调光数据。优选地，为了判断调光器的类型，向无源调光器提供恒定电流以产生所述调光信号。然而，根据所述调光信号的波形特点判断所述调光器为pwm调光器和有源直流调光器之一，根据在恒定电流驱动时检测到电压值的特点判断所述调光器为无源调光器。

在步骤s03中，根据所述亮度控制信号产生第一开关控制信号。

在该步骤中，根据调光转换模块的类型产生相应类型的亮度控制信号。例如，亮度控制信号为pwm信号，并且所述pwm信号的占空比与所述调光数据相一致，或者，亮度控制信号为直流电压信号，并且所述直流电压信号的幅值与所述调光数据相一致。

在步骤s04中，根据所述第一开关控制信号将所述直流母线电压转换成直流输出信号，从而向led灯传输电能。

在该步骤中，根据所述亮度控制信号控制电能传输，从而调节所述led灯的亮度。

图7示出根据本发明实施例的led驱动装置的调光信号与亮度控制信号的关系曲线。在该实施例中，调光信号vadj是采用0-10v直流调光器的直流电压信号。

如上所述，调光转换模块124接收调光信号vadj，根据调光信号vadj进一步产生亮度控制信号vctrl。功率转换模块122在亮度控制信号vctrl的控制下调节输出电压、输出电流和占空比中的至少一种。在该实施例中，亮度控制信号vctrl是调光转换模块124产生的脉宽调制信号。

在该实施例中，调光信号vadj为直流电压信号，其幅值与调光数据相一致。调光转换模块124将调光信号vadj转换成脉宽调制信号，从而产生亮度控制信号vctrl。在调光信号vadj的幅值小于1v时，亮度控制信号vctrl的占空比例如为预定的最小占空比，例如5％。在调光信号vadj的幅值大于等于1v和小于等于9v时，亮度控制信号vctrl的占空比与调光信号vadj的幅值成正比。在调光信号vadj的幅值大于9v时，亮度控制信号vctrl的占空比例如为预定的饱和占空比，例如100％。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。