不需测量相位角的可调光切换式led驱动电路的制作方法
【专利摘要】一种不需测量相位角的可调光切换式LED驱动电路，包括：一调光器电路，用以提供一被切相的交流电压；一桥式整流器，其对该被切相的交流电压进行整流以提供一输入电压；一电磁干扰滤除及能量储存电路，依该输入电压提供一线电压；一切换式电源转换器，在一驱动电压的控制下将该线电压转换成一输出电流以驱动一LED负载；以及一控制单元，依至少一反馈信号执行一脉冲宽度调变运算以决定该驱动电压的导通时间；其中该控制单元包括一导通时间控制器以依所述至少一反馈信号决定该导通时间，及一定时器以设立该导通时间的一最大极限值。
【专利说明】
不需测量相位角的可调光切换式LED驱动电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种可调光的LED(light emitting d1de;发光二极管)驱动电路，特别是涉及一种不需测量相位角即可以切相方式调光的切换式LED驱动电路。【背景技术】
[0002]传统的可调光照明电路一般以TRIAC(三端双向交流开关)为开关组件的调光器供使用者对一标准的交流电源(北美地区为60Hz/110V，在欧洲为50Hz/220V)进行一切相 (phase cutting)操作，以控制输入电力的大小，从而控制一传统灯具的照明状况。
[0003]LED灯由于具有较长的使用寿命及较佳的电性效率，故其已逐渐取代了传统灯具。 在以LED灯取代传统灯具的应用场合中，除了须维持良好的功率因素，其驱动电路一般亦须提供一固定的输出电流以确保LED灯能提供一稳定的照明状况。为符合这些要求，LED灯的驱动电路一般会采用具有一PFC(power factor correct1n;功率因子修正)功能及一固定输出电流控制机制的一切换式LED驱动电路。也即，所述的切换式LED驱动电路一般须设计成可使一输入切换电流的包络跟一输入电压同相，且同时可提供一固定的输出电流给一 LED 灯。
[0004]然而，当一调光电路被置入于所述切换式LED驱动电路和一标准的交流电压之间时，该调光电路的操作却可能无法使LED灯产生调光的效果。其原因在于，当一被切相的交流电压施加至所述切换式LED驱动电路以调整照明状态时，由于其输出电流会维持不变，故其照明状态也会维持不变，而调光功能也就未能达成。另外，由于被切相的交流电压的能量传导时间短于一标准交流电压的能量传导时间，为了产生一相同的固定输出电流，所述被切相的交流电压所导致的输入切换电流的峰值将会高于所述标准交流电压所导致的输入切换电流的峰值，而输入切换电流的高峰值则极可能对驱动电路的组件造成损害。
[0005]请参照图1 a -1 c，其显示在一现有切换式LE D驱动电路的一固定导通时间 (constant on-time)及固定输出电流的控制机制下，由三个不同的被切相交流电压所导致的输入切换电流的波形和由一标准交流电压所导致的输入切换电流的波形的比较图。如同本领域所周知，固定导通时间控制机制可产生良好的功率因素和一固定的输出电流，其中， 当到达稳态时，每一切换周期的导通时间都会有相同的持续时间，而所述相同的持续时间的长度由一经放大的误差信号的平均准位决定，其中，所述经放大的误差信号依一参考电压和所述输入切换电流的一感测信号间的电压差而产生。
[0006]当处在不同的操作条件下时，各切换周期的导通时间在稳态时所具有的相同持续时间的长度会自动调整至维持一固定输出电流所需的数值。例如，当交流电压变低或负载增加时，各切换周期的导通时间在稳态时所具有的相同持续时间的长度就会变长，而当交流电压变高或负载降低时，各切换周期的导通时间在稳态时所具有的相同持续时间的长度就会变短。另外，固定导通时间控制机制也意味着变频操作，其中，当一输入电压变低时，各切换周期的关闭时间(off-time)会缩短以增加占空比(duty cycle)，而当该输入电压变高时，各切换周期的关闭时间会增长以降低占空比。如图la-lc所示，在固定导通时间的控制机制之下，一输入切换电流的包络会随交流电压的不同切相波形而呈现不同的切相弦波 (phase-cut sinusoidal waveforms)，从而提供一良好的功率因素，而各切换周期的关闭时间则会随一输入电压的准位而变动-该输入电压愈高，所述的关闭时间就愈长。另外，不同的切相交流电压会导致不同的固定导通时间1'。?2、1'。?3及1'。114，其中，跟由一标准交流电压所导致的固定导通时间IW相比，其关系为^^^^^。^^。^，俾以维持相同的固定输出电流。然而，由于固定输出电流的准位会维持不变，其调光功能也就未能达成。
[0007]为解决前述问题，有些现有技术方案依据被切相交流电压的导通角来调整一参考电流的准位。请参照图2,其显示一现有可调光切换式LED驱动电路的电路图。如图2所示，该现有可调光切换式LED驱动电路包括一控制器10、一TRIAC调光器20、一桥式整流器30、一切换式电源转换器40、一 LED负载50、一功率开关60以及一电流感测电阻70。
[0008]如图2所示，控制器10包括一调光器侦测单元11、一参考电流调整单元12及一切换式电源转换器的电流控制单元13,以依一被切相的交流电压VAC的导通角来调整一参考电流的准位，从而提供一调光功能。
[0009]然而，由于TRIAC调光器20的TRIAC电压(VTRC)通常带有很大的噪声，图2可调光切换式LED驱动电路的相位角侦测电路乃需特别费心设计。此外，以相位角作为决定参考电流准位的变量会使整个控制电路变得更复杂。
[0010]为解决前述问题，本领域亟需一新颖的可调光切换式LED驱动电路。【实用新型内容】
[0011]本实用新型的一目的在于公开一种可调光的切换式LED驱动电路，其可在不需测量被切相的交流电压的导通角的情况下，依该交流电压被切相后的状态自动调整出一对应的输出电流准位，从而提供一调光功能。
[0012]本实用新型的另一目的在于公开一种可调光的切换式LED驱动电路，其可藉由对每一切换周期的导通时间设立一最大极限值，以在不需测量被切相的交流电压的导通角的情况下，依该交流电压被切相后的状态自动调整出一对应的输出电流准位，从而提供一调光功能。
[0013]本实用新型的另一目的在于公开一种可调光的切换式LED驱动电路，其藉由一简洁且强固的控制机制以依交流电压被切相后的状态快速产生一对应的输出电流准位，从而提供一调光功能。
[0014]本实用新型的又一目的在于公开一种可调光的切换式LED驱动电路，其在未连接任何切相调光器时也可提供一高功率因素及一固定输出电流。[〇〇15]为达成上述目的，提出一种不需测量相位角的可调光切换式LED驱动电路，其包括:
[0016] —调光器电路，用以依一调光输入对一交流电压执行一切相操作以提供一被切相的交流电压；[0017 ] —桥式整流器，用以对该被切相的交流电压执行一整流操作以提供一输入电压；
[0018]—电磁干扰滤除及能量储存电路，用以对该输入电压执行一滤波及能量储存操作以提供一线电压；
[0019]—切换式电源转换器，用以在一驱动电压的控制下将该线电压转换成一输出电流以驱动一LED负载；以及
[0020]一控制单元，用以接收并处理来自该切换式电源转换器的至少一反馈信号以产生该驱动电压；
[0021]其中该控制单元包括一导通时间控制器及一定时器，该导通时间控制器用以工作在一固定导通时间模式下以依所述至少一反馈信号决定该驱动电压的一导通时间，而该定时器则用以设立该导通时间的一最大极限值。
[0022]在一实施例中，该控制单元进一步包括一驱动器以提供该驱动电压。
[0023]在一实施例中，该控制单元进一步包括一反馈电路以利用所述至少一反馈信号执行一脉冲宽度调变运算以产生一时序控制信号，并提供该时序控制信号给该导通时间控制器。
[0024]在一实施例中，该切相操作是一前沿(1 eading edge )切相操作或一后沿 (trailing edge)切相操作。
[0025]在一实施例中，所述至少一反馈信号包括一电压反馈信号及/或一电流反馈信号。
[0026]在一实施例中，该导通时间是该输入电压的一函数。
[0027]在一实施例中，该导通时间是所述至少一反馈信号的一函数。
[0028]为能进一步了解本实用新型的结构、特征及其目的，附以附图及较佳具体实施例的详细说明如后。【附图说明】[〇〇29]图la-lc显示在一现有切换式LED驱动电路的一固定导通时间及固定输出电流的控制机制下，由三个不同的被切相交流电压所导致的输入切换电流的波形和由一标准交流电压所导致的输入切换电流的波形的比较图。
[0030]图2显示一现有可调光切换式LED驱动电路的电路图。[〇〇31]图3显示本实用新型可调光切换式LED驱动电路的一实施例电路图。[〇〇32]图4a_4c显示本实用新型的操作波形图。【具体实施方式】[〇〇33]请参照图3,其显示本实用新型可调光切换式LED驱动电路的一实施例电路图。如图3所示，该可调光切换式LED驱动电路包括一调光器电路100、一桥式整流器110、一电磁干扰滤除及能量储存电路120、一切换式电源转换器130、一 LED负载140以及一控制单元150， 控制单元150包括一导通时间控制器151、一定时器152、一驱动器153以及一反馈电路154。
[0034]调光器电路100用以依一调光输入对一交流电压VAC执行一切相操作以提供一被切相的交流电压。该切相操作可为一前沿(leading edge)切相操作或一后沿(trailing edge)切相操作。
[0035]桥式整流器110用以对该被切相的交流电压执行一整流操作以提供一输入电压VlN〇
[0036]电磁干扰滤除及能量储存电路120,包含至少一电感，用以对该输入电压VIN执行一滤波及能量储存操作以提供一线电压Vl。也即，除了可滤除调光器电路100所产生的噪声夕卜，电磁干扰滤除及能量储存电路120的所述至少一电感也可提供一保持电流以确保调光器电路100的一 TRIAC的导通状态(如本领域所周知，当一 TRIAC导通时，最少须有一最小电流流过该TRIAC以确保该TRIAC的导通状态)，从而确保线电压Vl的准位维持稳定以避免LED 产生闪烁现象。
[0037] 切换式电源转换器130用以在一驱动电压Vdrv的控制下将该线电压Vl转换成一输出电流Iqut以驱动LED负载140。[〇〇38]控制单元150用以接收并处理来自该切换式电源转换器130的至少一反馈信号SFB 以决定一导通时间的长度，及利用所述导通时间产生该驱动电压Vdrv。另外，所述至少一反馈信号Sfb可包括一电压反馈信号及/或一电流反馈信号。
[0039]在操作时，反馈电路154会利用所述至少一反馈信号Sfb执行一脉冲宽度调变运算以决定所述导通时间的长度并从而提供一时序控制信号TC给该导通时间控制器151，其中该导通时间控制器151可工作在一固定导通时间模式。所述固定导通时间模式可利用所述至少一反馈信号Sfb调变所述导通时间的长度或利用线电压Vl调变所述导通时间的长度以提供一较佳的THD(total harmonic distort1n;总谐波失真)性能。该导通时间控制器151 会依所述至少一反馈信号Sfb所产生的时序控制信号Tc决定该驱动电压Vdrv的一导通时间的一所需长度(required length)，而该定时器152则会设立该导通时间的一最大极限值。该导通时间的所述最大极限值可等于该输入电压的最小值所产生的一参考导通时间，或位在以该参考导通时间为中心的一预定范围内。当所述的所需长度未超过所述最大极限值时， 该导通时间控制器151会以所述的所需长度作为该导通时间的结果长度(resultant length)，而当所述的所需长度超过所述最大极限值时，该导通时间控制器151则会以所述最大极限值作为该导通时间的结果长度。
[0040]驱动器153会依该导通时间的结果长度提供该驱动电压Vdrv以产生输出电流Iqut的一对应准位。当结果长度等于所述的所需长度时，会有充足的能量转移以提供输出电流1ut 的一第一准位；当结果长度短于所述的所需长度时，能量转移会不充足而无法提供输出电流1?胃的所述第一准位，此时输出电流1?胃会有一较低的准位。因此，根据本实用新型的设计，当不同的被切相交流电压施加到本实用新型的可调光切换式LED驱动电路时，输出电流 1lit将会因所述结果长度和所需长度的差异而自动产生不同的准位_所述差异愈大，输出电流1ut的准位会变愈低。也即，藉由对导通时间设立一最大极限，本实用新型即可在不需测量被切相交流电压的导通角的情况下，随不同的被切相交流电压自动且快速地产生不同的的输出电流准位，从而提供一调光功能。[〇〇41]请参照图4a_4c，其显示本实用新型的操作波形图。由图中可看出，藉由对导通时间设立一最大极限Tmax，本实用新型即可随不同的被切相交流电压自动产生不同的输出电流准位。
[0042]藉由以上所公开的设计，本实用新型可提供以下的优点:
[0043]1、本实用新型的可调光的切换式LED驱动电路可在不需测量被切相的交流电压的导通角的情况下，依该交流电压被切相后的状态自动调整出一对应的输出电流准位，从而提供一调光功能。
[0044]2、本实用新型的可调光的切换式LED驱动电路可藉由对每一切换周期的导通时间设立一最大极限值，以在不需测量被切相的交流电压的导通角的情况下，依该交流电压被切相后的状态自动调整出一对应的输出电流准位，从而提供一调光功能。
[0045]3、本实用新型的可调光的切换式LED驱动电路可藉由一简洁且强固的控制机制以依交流电压被切相后的状态快速产生一对应的输出电流准位，从而提供一调光功能。
[0046]4、本实用新型的可调光的切换式LED驱动电路在未连接任何切相调光器时也可提供一高功率因素及一固定输出电流。
[0047]以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种不需测量相位角的可调光切换式LED驱动电路，其包括:一调光器电路，用以依一调光输入对一交流电压执行一切相操作以提供一被切相的交 流电压；一桥式整流器，用以对该被切相的交流电压执行一整流操作以提供一输入电压；一电磁干扰滤除及能量储存电路，用以对该输入电压执行一滤波及能量储存操作以提 供一线电压；一切换式电源转换器，用以在一驱动电压的控制下将该线电压转换成一输出电流以驱 动一LED负载;以及一控制单元，用以接收并处理来自该切换式电源转换器的至少一反馈信号以产生该驱 动电压；其中该控制单元包括一导通时间控制器及一定时器，该导通时间控制器用以工作在一 固定导通时间模式下以依所述至少一反馈信号决定该驱动电压的一导通时间，而该定时器 则用以设立该导通时间的一最大极限值。2.如权利要求1所述的不需测量相位角的可调光切换式LED驱动电路，其中该控制单元 进一步包括一驱动器以提供该驱动电压。3.如权利要求1所述的不需测量相位角的可调光切换式LED驱动电路，其中该控制单元 进一步包括一反馈电路以利用所述至少一反馈信号执行一脉冲宽度调变运算以产生一时 序控制信号，并提供该时序控制信号给该导通时间控制器。4.如权利要求1所述的不需测量相位角的可调光切换式LED驱动电路，其中该切相操作 一前沿切相操作或一后沿切相操作。5.如权利要求1所述的不需测量相位角的可调光切换式LED驱动电路，其中所述至少一 反馈信号包括一电压反馈信号和/或一电流反馈信号。6.如权利要求1所述的不需测量相位角的可调光切换式LED驱动电路，其中该导通时间 该输入电压的一函数。7.如权利要求1所述的不需测量相位角的可调光切换式LED驱动电路，其中该导通时间 所述至少一反馈信号的一函数。
【文档编号】H05B33/08GK205584574SQ201620410784
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】黄文鸿
【申请人】亚利通科技股份有限公司