专利名称：一种可调光的led驱动电路及驱动方法
技术领域：
本发明涉及电力电子领域，更具体地说，涉及一种可调光的LED驱动电路及驱动方法。
背景技术：
在照明领域中，LED灯替代传统光源(如卤素灯)已成为发展的趋势，在LED灯替代卤素灯的过程中，一方面需要满足与传统电路中电子变压器进行匹配，以保证电子变压器正常工作；另一方面需要对LED负载进行精确调光，以最大程度发挥LED灯负载节能高光效的优势。现有技术中，通常采用可控硅的调光方案对LED灯负载进行调光，在带有电子变压器的LED驱动电路中，可控硅调光器一般放置在电子变压器的前端。可控硅调光的基 本原理是通过控制可控硅的导通角度来对LED灯负载的供电电压进行调节，达到调光的目的。但现有LED驱动电路中一般包含有较大的滤波电容，这样电路中的LC谐振会使通过可控硅的电流不可控，导致可控硅不能维持导通，因此，LED会出现频闪。近年来，也已提出了采用可控硅进行LED调光的多种控制方案，例如，通过增加一个假负载(如电阻)的方法来解决电流不可控的问题，但增加的假负载的功率消耗无疑会使整机效率偏低。此外，传统电路中的电子变压器是原是针对卤素灯(而非LED灯)负载设计的，电子变压器要求在工作过程中保持一个最小负载电流才能正常工作。因此，在带有电子变压器的LED驱动电路中，如何保证既能满足电子变压器最小工作电流的要求，又能对LED灯负载进行精确调光，使LED灯负载不会发生频闪，且整机工作效率高是当前极具挑战性的一项工作。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种可调光的LED驱动电路及驱动方法，其通过输入电流控制电路控制第一功率级电路中的输入电流在可控娃导通时间区间内为一方波信号，其峰值为一恒定值且满足所述电子变压器的最小负载电流要求，其谷值为零；在所述可控硅关断时间区间内，所述输入电流保持为零。这样不但可以保证在工作过程中能满足电子变压器的最小负载电流要求，并且，其通过调光信号发生电路检测第一功率级电路的输入电流信息以获得表征可控硅导通角信息的调光信号，所述调光信号用以实现对LED负载进行精确调光。同时，本发明提出了一种可调光的LED驱动方法。依据本发明的一种可调光的LED驱动电路，其将电网交流电压经一可控硅整流电路和电子变压器处理后输入至整流桥以得到一缺相的直流电压信号，一功率级电路接收所述缺相的直流电压信号并输出恒定的电流来驱动LED负载，包括输入电流控制电路，其中，所述功率级电路包括第一功率级电路和第二功率级电路，所述第一功率级电路接收所述缺相的直流电压信号并将其转换为第一输出电压供给所述第二功率级电路；所述输入电流控制电路接收所述第一功率级电路的输入电流和所述第一输出电压，并产生一第一控制信号，所述第一控制信号用以控制所述输入电流在所述可控硅整流电路中的可控硅导通时间区间内为一方波信号，其峰值为一恒定值且满足所述电子变压器的最小负载电流要求，其谷值为零；在所述可控硅关断时间区间内，所述输入电流保持为零；所述LED驱动电路根据所述输入电流和所述第一输出电压来驱动所述LED负载。进一步的，所述输入电流控制电路进一步包括电流控制电路、电压控制电路和逻辑电路，其中，所述电流控制电路接收所述输入电流和一第一基准电流，并产生一电流控制信 号；其中，所述第一基准电流与所述方波信号的峰值相对应；所述电压控制电路接收所述第一输出电压和第一基准电压，并产生一电压控制信号;所述逻辑电路接收所述电流控制信号和所述电压控制信号，经逻辑运算后产生所述第一控制信号。进一步的，所述电流控制电路具体包括第一比较器，所述第一比较器的同相输入端接收所述输入电流，反相输入端接收所述第一基准电流，进行比较后产生所述电流控制
信号;所述电压控制电路具体包括滞环比较器，所述滞环比较器的同相输入端接收所述第一输出电压，反相输入端接收所述第一基准电压，并进行比较，以产生所述电压控制信号;所述逻辑电路具体包括第一或门和第一触发电路，所述电流控制信号和所述电压控制信号通过所述第一或门逻辑运算后输入至所述第一触发电路的复位端，所述第一触发电路的置位端接收一第一时钟信号，其输出端输出所述第一控制信号。进一步的，所述电流控制电路具体包括第一跨导运算放大器、第一补偿电路和第二比较器，所述第一跨导运算放大器的同相输入端接收所述输入电流，反相输入端接收所述第一基准电流，其输出端的输出信号经过所述第一补偿电路补偿后形成第一误差电压信号;所述第二比较器的反相输入端接收所述第一误差电压信号，同相输入端接收一表征所述第一功率级电路中的电感电流的电压信号，其输出端输出所述电流控制信号；所述电压控制电路具体包括一第三比较器，所述第三比较器的同相输入端接收所述第一输出电压，其反相输入端接收所述第一基准电压，输出端输出所述电压控制信号；所述逻辑电路包括具体第二触发电路、第三触发电路和第一与门，所述第二触发电路的复位端接收所述电流控制信号，其置位端接收一第二时钟信号，输出端输出一第二触发信号；所述第三触发电路的复位端接收所述电压控制信号，置位端接收一使能触发信号，其输出端输出一第三触发信号；所述第二触发信号和所述第三触发信号经过所述第一与门逻辑运算后输出所述第一控制信号。优选的，还包括第一基准电流发生电路，所述第一基准电流发生电路接收一基准电流源，当表征所述第一功率级电路的输入电流的方波信号有效时，所述基准电流源作为所述第一基准电流；当所述方波信号无效时，所述第一基准电流为零。进一步的，还包括调光信号发生电路，所述调光信号发生电路包括有一计时电路和一均值电路，其中所述计时电路接收所述输入电流和一阈值电流，以输出一表征所述可控硅的导通
角信息的第二方波信号；所述均值电路接收所述第二方波信号和一第二基准电流，其根据所述第二方波信号对所述第二基准电流进行均值处理以获得一表征所述可控硅的导通角信息的所述调光信号。进一步的，还包括输出电流控制电路，其接收所述LED负载的电流信号和所述调 光信号发生电路传输的调光信号，并产生一第二控制信号，所述第二控制信号用以控制所述第二功率级电路为所述LED负载提供恒定的输出电流信号，并实现对所述LED负载进行调光。优选的，所述第一功率级电路为升压型拓扑结构。优选的，所述第二功率级电路为降压型拓扑结构或升压-降压型拓扑结构。依据本发明的一种可调光的LED驱动方法，包括以下步骤 SI:接收电网交流电压，经一可控硅整流电路和电子变压器处理后输入至整流桥以获得一缺相的直流电压信号；S2:接收所述缺相的直流电压信号，产生第一级输入电流和第一输出电压；并且所述输入电流在所述可控硅整流电路中的可控硅导通时间区间内为一方波信号，其峰值为一恒定值且满足所述电子变压器的最小负载电流要求，其谷值为零；在所述可控硅关断时间区间内，所述输入电流保持为零；S3:接收所述第一级输入电流,产生一调光信号；S4:接收所述第一输出电压、LED负载的电流信号和所述调光信号，以产生一〖亘定的输出电流信号。进一步的，在步骤S2中还包括以下步骤接收所述第一级输入电流和一第一基准电流，产生一电流控制信号；其中，所述第一基准电流与所述方波信号的峰值相对应；接收所述第一输出电压和一第一基准电压，并产生一电压控制信号；接收所述电流控制信号和所述电压控制信号，经逻辑运算后产生一第一控制信号。进一步，还包括以下步骤比较所述第一级输入电流和所述第一基准电流，以产生所述电流控制信号；接收所述第一输出电压和所述第一基准电压，经过迟滞比较以产生一滞环比较信号，所述滞环比较信号作为所述电压控制信号；所述电流控制信号和所述电压控制信号经过一或逻辑运算后产生一复位信号；接收所述复位信号，并接收一第一时钟信号作为置位信号，以产生所述第一控制信号。进一步的，还包括以下步骤接收所述第一级输入电流和所述第一基准电流，产生第一误差电压信号；
比较所述第一误差电压信号和表征第一功率级电路中的电感电流的电压信号，以产生所述电流控制信号；比较所述第一输出电压和所述第一基准电压以产生所述电压控制信号；接收所述电流控制信号作为复位信号，并接收一第二时钟信号作为置位信号，以
产生一第二触发信号；接收所述电压控制信号作为复位信号，并接收一使能触发信号作为置位信号，以
产生一第三触发信号；所述第二触发信号和所述第三触发信号经过一与逻辑运算后产生所述第一控制
信号。 优选的，接收一基准电流源，当表征所述第一级输入电流的方波信号有效时，所述基准电流源作为所述第一基准电流；当所述方波信号无效时，所述第一基准电流为零。进一步的,在步骤S3中还包括以下步骤接收所述第一级输入电流和一阈值电流，以输出一表征所述可控娃的导通角信息的第二方波信号；接收所述第二方波信号和一第二基准电流，其根据所述第二方波信号对所述第二基准电流进行均值处理以获得一表征所述可控硅的导通角信息的所述调光信号。本发明的可调光的LED驱动电路及驱动方法包括以下有益效果I)通过输入电流控制电路控制第一功率级电路中的输入电流在可控硅导通时间区间内为一方波信号，其峰值为一恒定值且满足所述电子变压器的最小负载电流要求，其谷值为零；在所述可控硅关断时间区间内，所述输入电流保持为零，保证了工作过程中输入电流维持在电子变压器的最小负载电流之上，保证电子变压器在工作状态中不发生关断，解决了电子变压器的关断造成的LED负载发生闪烁的问题；2)本发明中，所述输入电流的波形表征了可控硅的导通角信息，通过调光信号发生电路检测所述输入电流信息就可以获得表征可控硅导通角信息的调光信号，用以实现对LED负载进行精确调光，调光范围宽、效果好；3)通过输出电流控制电路实现对LED负载电流的恒流控制，从而保证LED负载亮
度稳定；4)本发明采用两级结构的驱动电路使得在整流桥后无需较大的滤波电容，减小了纹波电流，可保证可控硅的负载电流稳定性更好；且采用两级结构驱动也避免了假负载的使用，工作效率高。
图I所不为依据本发明的一种可调光的LED驱动电路的第一实施例的电路图；图2所示为依据本发明的一种可调光的LED驱动电路的第二实施例的电路图；图3所示为依据本发明的一种可调光的LED驱动电路的第二实施例中的电路具体结构的电路图；图4所示为依据图3所示的依据本发明的一种可调光的LED驱动电路中的输入电流控制电路的工作波形图；图5所示为依据图3所示的依据本发明的一种可调光的LED驱动电路中的调光信号发生电路的工作波形图；图6所示为依据本发明的一种可调光的LED驱动电路中的第三实施例的电路图；图7所不为依据图6所不的依据本发明的一种可调光的LED驱动电路中的输入电流控制电路的工作波形图；图8所示为依据本发明的一种可调光的LED驱动方法的流程图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。 实施例一根据图1，所示为依据本发明的一种可调光的LED驱动电路的第一实施例的电路图。其将电网交流电压经一可控硅整流电路Triac和电子变压器处理后输入至整流桥以得到一直流电压信号Vin，一功率级电路接收所述直流电压信号Vin并输出恒定的电流来驱动LED负载。如图I所示，所述功率级电路10包括第一功率级电路101和第二功率级电路102，在本实施例中，所述第一功率级电路101优选为第一级Boost电路，包括电感L1、二极管D1、开关管Q1以及输出电容Cbus ;所述第二功率级电路优选为第二级Buck电路，包括电感L2、开关管Q2、开关管Q3和输出电容Cwt，所述第一级Boost电路接收所述直流电压信号Vin并将其转换为第一输出电压Vbus供给所述第二级Buck电路。本发明提供的可调光的LED驱动电路还包括输入电流控制电路11、调光信号发生电路12和输出电流控制电路13。其中，所述输入电流控制电路11接收所述第一功率级电路的输入电流Iin和所述第一输出电压Vbus,并产生一第一控制信号PWM1，所述第一控制信号PWMl用以控制所述输A电流在所述可控娃整流电路中的可控娃导通时间区间内为一方波信号，其峰值为一-〖亘定值且满足所述电子变压器的最小负载电流要求，其谷值为零；在所述可控硅关断时间区间内，所述输入电流保持为零。其中，所述第一功率级电路的输入电流Iin为通过对电感LI电流的采样获得，所述输入电流作为所述电子变压器的负载电流；具体地，所述第一控制信号PWMl通过控制所述开关管Ql的开关动作以实现对所示输入电流Iin和第一输出电压Vbus的控制。所述调光信号发生电路12接收所述第一功率级电路的输入电流Iin，并输出一表征所述可控硅整流电路中可控硅的导通角信息的调光信号Iwt—Mf。所述输出电流控制电路13接收所述LED负载的电流信号Im和所述调光信号发生电路传输的调光信号Iwt—Mf，并产生一第二控制信号PWM2，所述第二控制信号PWM2用以控制所述第二功率级电路为所述LED负载提供恒定的输出电流信号，并实现对所述LED负载进行调光。具体地，所述第二控制信号PWM2控制开关管Q2的开关动作和第二控制信号PWM2的非信号控制开关管Q3的开关动作来实现恒流控制和LED负载的亮度调节。由以上可知，依据本发明的可调光的LED驱动电路，采用两级结构，通过控制第一功率级电路101的输入电流在所述可控娃的导通时间区间内为一方波信号,其峰值为一,I'M定值且满足所述电子变压器的最小负载电流要求，其谷值为零；在所述可控硅关断时间区间内，所述输入电流保持为零。这样可以保证所述输入电流在工作过程中能够满足所述电子变压器的最小负载电流要求，保证其处于工作状态，以解决由于电子变压器的关断造成的LED灯闪烁的问题。此外，所述输入电流的波形表征了可控硅的导通角信息，因此，本发明实施例通过调光信号发生电路解决了两级电路中LED负载亮度调节的问题，所述调光信号发生电路通过检测所述输入电流信息，从而获得表征可控硅的导通角信息的调光信号，然后据此调节LED负载的亮度。本发明实施例实现了两级结构中LED负载的恒流控制和亮度调节，控制精度高，调光范围宽且效果好。优选的，所述第一功率级 电路为升压型拓扑结构。所述第二功率级电路为降压型拓扑结构或升压-降压型拓扑结构。需要说明的是，本发明所述实施例中的所述第一功率级电路、第二功率级电路还可以为任何合适的拓扑结构，在此不进行详细阐述。实施例二参考图2，所示为依据本发明的一种可调光的LED驱动电路的第二实施例的电路图，本实施例具体描述了所述输入电流控制电路的电路结构及其工作过程。如图2所示，所述输入电流控制电路21进一步包括电流控制电路21-1、电压控制电路21-2和逻辑电路21-3，其中，所述电流控制电路21-1接收所述输入电流Iil^P—第一基准电流IMfl，并产生一电流控制信号Vrfl，其中，所述第一基准电流Irefl与表征所述输入电流的所述方波信号的峰值相对应；所述电压控制电路21-2接收所述第一输出电压Vbus和第一基准电压VMfl，并产生一电压控制信号Vrt2 ;所述逻辑电路21-3接收所述电流控制信号Vctl和所述电压控制信号Vrt2，经逻辑运算后产生所述第一控制信号PWM1。本实施例中，当所述可控硅在某一角度导通后，所述第一功率级电路即所述第一级Boost电路从输入侧吸收功率开始工作。然后，所述电压控制电路通过产生一电压控制信号\t2控制使所述第一输出电压在一很小的预期电压范围内波动，使所述第一输出电压纹波小。进一步的，本实施例的电压控制电路在所述第一输出电压达到预期电压范围的上限值时，控制使所述功率开关管Ql关断，因此，所述第一功率级电路工作在间断工作模式。由此，其输入电流表现为多个脉冲形式，即是表现为上述的方波信号，并且，当所述第一功率级电路在工作过程中，所述电流控制电路使所述方波信号的峰值为一恒定值，所述恒定值根据所述第一基准电流确定，本实施例中，所述第一基准电流设置为略大于所述电子变压器的最小负载电流，因此，所述方波信号的峰值为能满足电子变压器的最小负载电流的要求。另一方面，当所述第一功率级电路停止工作时，所述输入电流持续下降到零，因此，所述方波信号的谷值为零。之后，当所述可控硅关断后，所述输入电流保持为零。因此，从上面的工作过程可知，本发明实施例的一种可调光的LED驱动电路无需改变传统电路中的可控硅和电子变压器等电路结构，其通过输入电流控制电路对所述第一功率级电路的输入电流的控制，使得所述输入电流一方面在工作过程中能满足前级电子变压器的最小负载电流的要求，保证电子变压器能够正常工作，另一方面其输入电流的波形表征了可控硅的导通角信息，因此可作为后级调光信号发生电路的输入信号，以使调光信号发生电路能够产生表征可控硅的导通角的调光信号。具体的，本发明提供了一种可调光的LED驱动电路中所述输入电流控制电路21中电流控制电路21-1、电压控制电路21-2以及逻辑电路21-3的一种具体实现方式，同时本实施例详细描述了调光信号发生电路22和输出电流控制电路23的一种具体实现方式及其工作原理。参考图3，所示为依据本发明的一种可调光的LED驱动电路的第二实施例中的电路具体结构的电路图。请参阅图3，其中，输入电流控制电路31为图2中输入电流控制电路21的具体实现方式，所述电流控制电21-1包括第一比较器301，所述第一比较器301的同相输入端接收所述输入电流Iin，反相输入端接收一第一基准电流Irafl，并进行比较，以产生第一比较信号作为所述电流控制信号Vrtl ;更进一步的，发明人考虑到开关管的占空比的变化对输入电流的影响，因此，为了提高稳定性，所述第一比较器301的同相输入端也可以接收所述第一基准电流IMfl与一第一斜坡信号Sel叠加后的信号，以使采样的输入电流稳定性更好。进一步的，所述电压控制电路21-2具体包括滞环比较器302，所述滞环比较器302的同相输入端接收所述第一输出电压Vbus，反相输入端接收所述第一基准电压VMfl，本实施例中，所述滞环比较器302具体接收一滞环基准电压Vhys M作为所述第一基准电压VMfl，并进行滞环比较，以产生一滞环比较信号，所述滞环比较信号作为所述电压控制信号Vrt2，其 中，所述滞环比较器302具有一上限门电压Vh和下限门电压\组成的迟滞宽度。然后，本实施例中所述逻辑电路21-3具体包括第一或门303和第一触发电路304，本实施例中，所述第一触发电路具体为第一 RS触发器。所述电流控制信号Vrfl和所述电压控制信号Vet2通过一第一或门303逻辑运算后输入至所述第一触发电路304的复位端，所述第一触发电路304的置位端接收第一时钟信号CLK1，其输出端输出所述第一控制信号PWM1，所述第一控制信号PWMl用以控制所述第一功率级电路中开关管Ql的开关动作。图3所示实施例中的调光信号发生电路32具体包括一计时电路305和均值电路306，所述计时电路305接收所述第一功率级电路的输入电流Iin和一阈值电流Ith，以输出一表征所述可控硅的导通角信息的第二方波信号Angle ;所述均值电路接收一第二基准电流IMf2和所述第二方波信号Angle，其根据所述第二方波信号对所述第二基准电流进行均值处理以获得一表征所述可控硅导通角信号的较平滑的调光信号I-—%。其中，在本实施例中，所述阈值电流Ith设置为在零到输入电流Iin2间的某一值。本实施例中的所述计时电路305包括第四比较器305-1、充放电电路305-2、箝位电路305-3和第五比较器305-4。其中，所述第四比较器305-1的反相输入端接收所述输入电流Iin，同相输入端接收一阈值电流Ith，其输出端输出一第四比较信号CMP4,所述第四比较信号CMP4用以控制所述充放电电路的充放电动作；所述充放电电路305-2包括并联连接的压控电流源、第一电容Cl和第一开关SI，所述第四比较信号CMP4控制所述压控电流源为所述第一电容Cl提供充电电流；所述第四比较信号CMP4经反相处理后控制所述第一开关SI的开关动作以控制所述第一电容Cl充放电动作；所述第一电容的两端电压为第一电容电压Va ；所述箝位电路305-3具有一箝位电压Vp，用以对所述第一电容电压进行箝位，本实施例中的箝位电路由一电压源和稳压二极管组成，所述箝位电压为所述电压源电压与所述稳压二极管击穿电压的和值；当所述第一电容电压Vci大于所述箝位电压Vp时，所述箝位电路将所述第一电容电压箝位至所述箝位电压，并以所述箝位电压Vp作为比较电压信号传输给所述第五比较器305-4 ;当所述第一电容电压Va小于所述箝位电压Vp时，所述第一电容电压Va作为所述比较电压信号传输至所述第五比较器305-4 ；所述第五比较器305-4的同相输入端接收所述比较电压信号，其反相输入端接收第二基准电压Vmf2,其输出端输出所述第二方波信号Angle。本实施例中的所述均值电路306包括由第二开关S2和第三开关S3组成的斩波电路306-1和RC滤波电路306-2，所述由第二开关S2和第三开关S3组成的斩波电路接收一第二基准电流Iref2与所述第二方波信号Angle，所述斩波电路对所述第二基准电流进行斩波处理以输出一斩波信号Vz，其中，所述第二开关S2由与所述第二方波信号逻辑相反的信号控制其开关状态，所述第三开关S3由所述第二方波信号控制其开关状态；所述RC滤波电路306-2接收所述斩波信号Vz并进行滤波处理后输出表征所述可控硅导通角信息的较平滑的调光信号1_—%。如图3所示，本发明中的输出电流控制电路33接收所述LED负载的电流信号Im和所述调光信号发生电路传输的调光信号Iwt—%，并产生一第二控制信号PWM2，所述第二控制信号PWM2用以控制所述第二功率级电路为所述LED负载提供恒定的输出电流信号，并实现对所述LED负载进行调光。具体的，本实施例中所述输出电流控制电路33包括第一电 流调节电路、第二电流调节电路和第四触发电路，本实施例中，所述第四触发电路具体为第四RS触发器。具体地，所述第一电流调节电路包括一第二跨导运算放大器307，所述第二跨导运算放大器307同相输入端接收所述调光信号Itjut Mf，反相输入端接收所述LED负载的电流信号1_，其输出端输出第一电流调节信号；所述第二电流调节电路具体包括一第六比较器308，所述第六比较器308反相输入端接收经补偿电路补偿过的所述第一电流调节信号，同相输入端接收所述第二功率级电路中的电感电流信号U，并输出第二电流调节信号；所述第四触发电路309的复位端接收所述第二电流调节信号，置位端接收第三时钟信号CLK3，其输出第二控制信号PWM2用以控制所述第二功率级电路中开关管Q2的开关动作和第二控制信号PWM2的非信号用以控制开关管Q3的开关动作，以此实现对LED负载的恒流控制和亮度调节。下面结合图4和图5所示的工作波形图对上述的LED驱动电路的工作过程作进一步详细描述，参考图4，所示为依据图3所示的依据本发明一种可调光的LED驱动电路中的输入电流控制电路的工作波形图；图5所示为依据图3所示的依据本发明一种可调光的LED驱动电路中的调光信号发生电路的工作波形图。所述输入电流控制电路31的具体工作过程如下当可控硅在某一相角开始导通后，所述第一功率级电路能够从交流电源侧吸收功率，则输入电流Iin逐渐上升，同时，第一功率级电路输出的第一输出电压Vbus逐渐上升；当所述输入电流Iin到达所述第一基准电流Irefl时，或是所述输入电流Iin到达所述第一基准电流IMfl与所述第一斜坡信号Sel叠加后的信号时，所述第一比较器输出变为高电平，通过第一 RS触发器控制所述开关管Q1关断使输入电流Iin下降，直至高频的第一时钟信号CLKl触发第一 RS触发器的输出变为高电平，第一控制信号PWMl控制所述开关管Q1重新导通，以此达到所述输入电流Iin的恒流控制。这样，在所述第一功率级电路的工作状态中，其输入电流Iin作为前级电子变压器的负载电流，只要将输入电流Iin控制在电子变压器的最小负载电流之上，则电子变压器在此期间均能保证正常工作，不会发生关断的现象，在本实施例中，可以将第一基准电流IMfl设置为比电子变压器的最小负载电流稍大，则可以保证电子变压器能正常工作。如上所述，在所述可控硅的导通后，所述第一输出电压Vbus会逐渐上升，当其上升到滞环比较器的上限电压Vh时，所述滞环比较器输出的滞环比较信号变为高电平状态，所述第一 RS触发器输出的第一控制信号PWMl控制所述开关管Q1关断，所述输入电流Iin持续下降至为零，所述第一功率级电路停止工作，直至所述第一输出电压Vbus降至滞环比较器的下限电压\，所述滞环比较信号变为低电平状态，所述第一 RS触发器置位端的第一时钟信号CLKl再次控制所述开关管Q1导通，所述输入电流Iin上升，所述第一输出电压Vbus也上升，以此循环。从图4中可看出，在所述可控硅的导通时间区间内，通过滞环控制可使第一输出电压Vbus在一数值很小的滞环电压范围内变化，纹波小，由此可使LED负载不会发生闪烁。并且，从图4中可以看出，本发明实施例中所述第一输出电压波动范围很小，因此，所述输出电容Cbus可采用较小的电容值来维持输出，降低了电路成本。从上述过程可以看出，输入电流控制电路对第一功率级电路的第一输出电压进行滞环控制，在可控硅的导通时间区间内，所述第一功率级电路工作在间断工作状态，所述第一功率级电路的输入电流1&表现为多个脉冲输出。从图4中可以看出，其输入电流的波形表现为一方波信号，其方波信号的峰值为一恒定值，并且大于所述电子变压器的最小负载电流，其谷值为零。在可控硅的关断后，所述输入电流保持为零。所述调光信号发生电路32的具体工作过程如下参考图5，所述输入电流Iin表现 为多个脉冲输出，当可控硅导通后，在h时刻所述输入电流Iin大于所述阈值电流Ith，所述第四比较器的输出的第四比较信号CMP4为低电平；相应的，所述压控电流源不产生输出电流，并且所述第四比较信号CMP4经反相后变为高电平控制所述第一开关S1导通，所述第一电容C1开始放电，当所述第一电容电压Va下降至小于第二基准电压Vref2，所述第五比较器输出的第二方波信号Angle变为低电平。之后，根据所述第一输出电压的控制使得所述开关管Ql关断后，所述输入电流Iin下降，当所述输入电流Iin下降到小于所述阈值电流Ith时，所述第四比较信号CMP4变为高电平，此时，所述第一开关S1关断，所述压控电流源对所述第一电容C1进行充电,第一电容电压Va上升,但仍然小于所述第二基准电压VMf2,如此往复，直至在t2时刻，所述可控硅关断，所述第一功率级电路没有输入电流产生，所述第四比较信号CMP4保持为高电平，所述第一电容持续充电，第一电容电Sva持续上升，当所述第一电容电压Va上升到所述第二基准电压VMf2时，即图5中t3时刻，所述第五比较器输出的第二方波信号Angle变为高电平。此后，所述第一电容电压Va继续上升，当其大于所述箝位电路的箝位电压Vp时，所述箝位电路将其箝位至所述箝位电压Vp。需要说明的是，在本实施例中，所述第二基准电压Vraf2设置为使第一电容充电的时间比表征所述输入电流的方波信号为低的时间长，所述箝位电压Vp设置为比所述第二基准电压Vm2略高的电位。从上述过程可以看出，在可控硅导通的时间区间内，第一电容电SVa小于所述第二基准电压Vref2，所述第二方波信号Angle始终保持为低电平，从图5中看出，所述第二方波信号Angle为低电平区间与实际可控硅导通时间区间存在一定的偏置时间A〖=〖3_〖2，其值为所述第一电容Cl充电到所述第二基准电压Vref2的充电时间，为一固定值，因此其不影响第二方波信号对所述可控硅导通时间的表征。又因在半个开关周期内，可控硅的导通时间与其导通角的信息相对应，也即所述第二方波信号表征了所述可控硅的导通角信息，然后通过均值电路将所述第二方波信号转换为表征可控硅导通角的较平滑的调光信号，具体为所述斩波电路接收一第二基准电流IMf2和所述第二方波信号，经斩波和滤波处理后，得到一表征可控娃导通角的较平滑的调光信号因此，所述调光信号传输给输出电流控制电路可实现对LED负载的亮度调节。
综上对本发明实施例的工作过程的阐述，本发明实施例通过输入电流控制电路控制使输入电流在可控硅导通时间区间内为一方波信号，且其峰值为一恒定值，并且维持在电子变压器的最小负载电流之上，通过滞环控制的方案控制使所述第一输出电压波动范围小为第二功率级电路提供很好的工作电压。所述调光信号发生电路根据对所述输入电流的检测可得到一与可控硅的导通时间区间相对应的方波信号，以此得到一表征可控硅的导通角信息的调光信号，从而实现两级电路的LED负载亮度调节。本发明实施例既能满足电子变压器最小工作电流的要求，使LED灯负载不会发生频闪，又能对LED灯负载进行精确调光，实现对LED的恒流控制和亮度调节，且无需假负载等耗能较大的元件，因此其整机工作效率高。实施例三参考图6，所示为依据本发明的一种可调光的LED驱动电路的第三实施例的电路图；本实施例与上述第三实施例中的调光信号发生电路和输出电流控制电路相同，在此不重复叙述，所不同的是，本实施例中的输入电流控制电路实现方式与第二实施例不相同，即图6中的输入电流控制电路61和图3中的输入电流控制电路31不同，但图6中的调光信 号发生电路62和图3中的调光信号发生电路32相同，输出电流控制电路63和图3中输出电流控制电路33相同，下面详细介绍本实施例中输入电流控制电路的一种具体实现方式及工作原理。如图6所示，本实施例中所述输入电流控制电路61包括电流控制电路、电压控制电路和逻辑电路，具体的，本实施例中所述电流控制电路包括第一跨导运算放大器601、第一补偿电路602和第二比较器603，所述第一跨导运算放大器601的同相输入端接收所述输入电流Iin，反相输入端接收所述第一基准电流Irafl，其输出端输出一第一误差电流信号，所述第一误差电流信号经过所述第一补偿电路补偿后形成第一误差电压信号入；在本实施例中，还包括第一基准电流发生电路608,用于产生第一基准电流IMfl，具体的，所述第一基准电流发生电路608接收一基准电流源Is，在表征所述第一功率级电路的输入电流Iin的方波信号有效时，所述基准电流源Is作为所述第一基准电流Irefl ;在所述方波信号无效时，所述第一基准电流IMfl为零。本实施例中的基准电流发生电路由第四开关S4和第五开关S5组成的开关电路实现对第一基准电流Irefl的控制，其中，所述第四开关
S4由一第三触发信号V3控制其开关状态，所述第五开关S5由与所述第三触发信号V3逻辑相反的信号控制其开关状态。所述第二比较器603的反相输入端接收所述第一误差电压信号Ve，同相输入端接收一表征所述第一功率级电路中的电感电流的电压信号Vs,或是其同相输入端接收一表征所述第一功率级电路中的电感电流的电压信号Vs和第二斜波信号Se2叠加后的信号，同理，所述第二斜坡信号用以保证所采样的电压信号Vs的稳定性更好，本实施例图6中以叠加后的信号为例；其输出端输出一第二较信号作为电流控制信号Vrtl。进一步的，所述电压控制电路包括一第三比较器604，其中，所述第三比较器604的同相输入端接收所述第一输出电压Vbus，其反相输入端接收所述第一基准电压，本实施例中以一阈值电压Vbus ^作为所述第一基准电压，进行比较处理后输出一第三比较信号作为所述电压控制信号\t2;进一步的，本实施例中的所述逻辑电路具体包括第二触发电路605、第三触发电路606和第一与门,本实施例中，所述第二触发电路605为第二 RS触发器,第三触发电路606为第三RS触发器。所述第二触发电路的复位端接收所述电流控制信号Vrfl，其置位端接收一第二时钟信号CLK2，输出端输出一第二触发信号V2 ;所述第三触发电路的复位端接收所述电压控制信号Vrf2，置位端接收一使能触发信号EN，其输出端输出所述第三触发信号V3 ；所述第二触发信号和所述第三触发信号经过所述第一与门607逻辑运算后输出所述第一控制信号PWM1，所述第一控制信号PWMl用以控制所述第一功率级电路中开关管Ql的开关动作。以下参考图7所示的工作波形图对本实施例的输入电流控制电路工作过程作详细阐述，图7所示为依据图6所示的依据本发明一种可调光的LE D驱动电路的输入电流控制电路的工作波形图；其具体工作过程为可控硅在某一相角导通后，所述第一功率级电路能够从交流电源侧吸收功率，此时，所述输入电流Iin逐渐上升，同时，第一功率级电路输出的第一输出电压Vbus逐渐上升。此时所述第三触发信号V3为高电平，所述第四开关S4导通，第五开关
S5关断，所述基准电流值Is作为所述第一基准电流Irefl，所述第一跨导运算放大器接受所述输入电流Iin和所述第一基准电流IMfl，并输出所述第一误差电压信号当表征所述第一功率级电路中的电感电流的电压信号Vs和第二斜波信号Sej2叠加后的信号达到所述第一误差电压信号Ve时，所述第二比较器的输出变为高电平，因此所述第二 RS触发器输出变为低电平，所述第一与门输出第一控制信号PWMl控制使所述开关管Ql关断，输入电流匕下降；之后，当高频的第二时钟信号CLK2脉冲到来时，所述第二 RS触发器的输出变为高电平，此时，在所述第三RS触发器的输出变为高电平时，所述第一与门输出第一控制信号PWMl控制所述开关管Ql导通，输入电流1^逐渐上升，以此循环，从而使得所述输入电流Iin维持在一个基本恒定的值。本实施例中为了满足电子变压器的工作要求，可将所述基准电流源Is设置为稍大于电子电压器的最小负载电流，那么在第一功率级电路的工作过程中，输入电流Iin保持在所述最小负载电流之上，电子变压器不会发生关断现象，LED负载因此不会发生闪烁。之后，随着所述第一输出电压Vbus逐渐上升，当其上升到阈值电压Vbus th时，所述第三比较器的输出变为高电平，第三RS触发器输出变为低电平，因此，所述第一控制信号PWMl控制所述开关管Ql关断，所述输入电流Iin持续下降至为零，所述第一功率级电路停止工作，所述第一输出电压Vbus也会逐渐下降，此时，由于所述第三触发信号为低电平，所述第四开关S4关断，第五开关S5导通，所述第一基准电流IMfl为零，因此，所述第一跨导运算放大器输出的第一误差电压Ve保持不变，所述第二比较器输出为低电平，在第二时钟信号CLK2的脉冲到来时，所述第二触发器的输出为高电平。等到下一个使能触发信号EN到来时，所述第三RS触发器的输出变为高电平。这样，所述第一与门607输出第一控制信号PWMl控制所述开关管Ql导通，所述输出电流Iin持续上升，因此，所述第一输出电压Vbus也会上升，以此循环，可使第一输出电压Vbus在一个小的范围内波动，使LED负载不会发生闪烁。从上述工作过程可以得出，通过对电压控制电路的使能触发信号的控制方式，在可控硅的导通时间区间内，所述第一功率级电路工作在间断工作状态，所述第一功率级电路的输入电流1&表现为多个脉冲输出。从图7中可以看出，其输入电流的波形表现为一方波信号，并且其波形与上述第三实施例的波形相同，因此，本实施例也可达到上述实施例同样的技术效果。因此，本实施例中输入电流控制电路可控制输入电流达到与上述实施例相同的功能，其调光信号发生电路同样通过对输入电流Iin的检测，得到与可控硅导通时间相对应的第二方波信号，然后得到一表征与可控硅导通角信息的调光信号以进行后级调光，本发明实施例同样可实现对LED灯负载的精确调光，调光范围宽、效果好；另一方面满足了电子变压器的最小工作电流的要求，LED负载不会发生频闪。此外，需要说明的是，本发明实施例中的使能触发信号的触发周期可根据用户要求自行设置，如本实施例中优选为1ms，因此，本实施例中调光信号发生电路中的第二基准电压的可设置为使所述第一电容充电的时间比Ims长。除此，以上对本发明所提供的一种可调光的LED驱动电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上 所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。参考图8，所示为依据本发明的的一种可调光的LED驱动方法的流程图；包括以下步骤S801 :接收电网交流电压，经一可控硅整流电路和电子变压器处理后输入至整流桥以获得一缺相的直流电压信号；S802 :接收所述缺相的直流电压信号,产生第一级输入电流和第一输出电压；并且所述输入电流在所述可控硅整流电路中的可控硅导通时间区间内为一方波信号，其峰值为一恒定值且满足所述电子变压器的最小负载电流要求，其谷值为零；在所述可控硅关断时间区间内，所述输入电流保持为零；S803 :接收所述第一级输入电流,产生一调光信号；S804 :接收所述第一输出电压、LED负载的电流信号和所述调光信号，以产生一,I'M定的输出电流信号。其中，在步骤S802中进一步包括以下步骤接收所述第一级输入电流和一第一基准电流，产生一电流控制信号；其中，所述第一基准电流与所述方波信号的峰值相对应；接收所述第一输出电压和一第一基准电压，并产生一电压控制信号； 接收所述电流控制信号和所述电压控制信号，产生一第一控制信号。优选的，其进一步包括以下步骤比较所述第一级输入电流和所述第一基准电流，以产生所述电流控制信号；接收所述第一输出电压和所述第一基准电压，经过迟滞比较以产生一滞环比较信号，所述滞环比较信号作为所述电压控制信号；所述电流控制信号和所述电压控制信号经过一或逻辑运算后产生一复位信号；接收所述复位信号，并接收一第一时钟信号作为置位信号，以产生所述第一控制信号。优选的，其进一步包括以下步骤接收所述第一级输入电流和所述第一基准电流，产生第一误差电压信号；
比较所述第一误差电压信号和表征第一功率级电路中的电感电流的电压信号，以产生所述电流控制信号；比较所述第一输出电压和所述第一基准电压以产生所述电压控制信号；接收所述电流控制信号作为复位信号，并接收一第二时钟信号作为置位信号，以
产生一第二触发信号；接收所述电压控制信号作为复位信号，并接收一使能触发信号作为置位信号，以
产生一第三触发信号；所述第二触发信号和所述第三触发信号经过一与逻辑运算后产生所述第一控制 信号。其中，在步骤S803中进一步包括以下步骤接收所述第一级输入电流和一阈值电流，以输出一表征所述可控娃的导通角信息的第二方波信号；接收所述第二方波信号和一第二基准电流，其根据所述第二方波信号对所述第二基准电流进行均值处理以获得一表征所述可控硅的导通角信息的较平滑的所述调光信号。以上对依据本发明的优选实施例的一种可调光的LED驱动电路及驱动方法进行了详尽描述，但本发明的输入电流控制电路、调光信号发生电路和输出电流控制电路不限于上述具体实施例的表现方式，本领域普通技术人员据此可以推知其他具有相同功能的电路结构等均可应用于所述实施例。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。
权利要求
1.一种可调光的LED驱动电路，其将电网交流电压经一可控硅整流电路和电子变压器处理后输入至整流桥以得到一缺相的直流电压信号，一功率级电路接收所述缺相的直流电压信号并输出恒定的电流来驱动LED负载，其特征在于，包括输入电流控制电路，其中， 所述功率级电路包括第一功率级电路和第二功率级电路，所述第一功率级电路接收所述缺相的直流电压信号并将其转换为第一输出电压供给所述第二功率级电路； 所述输入电流控制电路接收所述第一功率级电路的输入电流和所述第一输出电压，并产生ー第一控制信号，所述第一控制信号用以控制所述输入电流在所述可控硅整流电路中的可控硅导通时间区间内为一方波信号，其峰值为ー恒定值且满足所述电子变压器的最小负载电流要求，其谷值为零；在所述可控硅关断时间区间内，所述输入电流保持为零； 所述LED驱动电路根据所述输入电流和所述第一输出电压来驱动所述LED负载。
2.根据权利要求I所述的LED驱动电路，其特征在于，所述输入电流控制电路进一歩包括电流控制电路、电压控制电路和逻辑电路，其中， 所述电流控制电路接收所述输入电流和一第一基准电流，并产生一电流控制信号；其中，所述第一基准电流与所述方波信号的峰值相对应； 所述电压控制电路接收所述第一输出电压和第一基准电压，并产生一电压控制信号；所述逻辑电路接收所述电流控制信号和所述电压控制信号，经逻辑运算后产生所述第ー控制信号。
3.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在干， 所述电流控制电路具体包括第一比较器，所述第一比较器的同相输入端接收所述输入电流，反相输入端接收所述第一基准电流，进行比较后产生所述电流控制信号； 所述电压控制电路具体包括滞环比较器，所述滞环比较器的同相输入端接收所述第一输出电压，反相输入端接收所述第一基准电压，并进行比较，以产生所述电压控制信号；所述逻辑电路包括第一或门以及第ー触发器，所述第一或门接收所述电流控制信号和所述电压控制信号，经逻辑运算后输入所述第一触发器的复位端，所述第一触发器的置位端接收第一时钟信号，经逻辑运算，产生所述第一控制信号。
4.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在干， 所述电流控制电路具体包括第一跨导运算放大器、第一补偿电路和第二比较器，所述第一跨导运算放大器的同相输入端接收所述输入电流，反相输入端接收所述第一基准电流，其输出端的输出信号经过所述第一补偿电路补偿后形成第一误差电压信号； 所述第二比较器的反相输入端接收所述第一误差电压信号，同相输入端接收ー表征所述第一功率级电路中的电感电流的电压信号，其输出端输出所述电流控制信号； 所述电压控制电路具体包括第三比较器，所述第三比较器的同相输入端接收所述第一输出电压，其反相输入端接收所述第一基准电压，输出端输出所述电压控制信号； 所述逻辑电路包括具体第二触发电路、第三触发电路和第一与门，所述第二触发电路的复位端接收所述电流控制信号，其置位端接收ー第二时钟信号，输出端输出ー第二触发信号; 所述第三触发电路的复位端接收所述电压控制信号，置位端接收ー使能触发信号，其输出端输出ー第三触发信号； 所述第二触发信号和所述第三触发信号经过所述第一与门逻辑运算后输出所述第一控制信号。
5.根据权利要求4所述的LED驱动电路，其特征在于，还包括第一基准电流发生电路，所述第一基准电流发生电路接收一基准电流源，当表征所述第一功率级电路的输入电流的方波信号有效时，所述基准电流源作为所述第一基准电流；当所述方波信号无效时，所述第一基准电流为零。
6.根据权利要求I所述的LED驱动电路，其特征在于，还包括调光信号发生电路，所述调光信号发生电路包括有一计时电路和一均值电路，其中 所述计时电路接收所述输入电流和一阈值电流，以输出一表征所述可控娃的导通角信息的第二方波信号； 所述均值电路接收所述第二方波信号和一第二基准电流，其根据所述第二方波信号对 所述第二基准电流进行均值处理以获得一表征所述可控硅的导通角信息的所述调光信号。
7.根据权利要求6所述的LED驱动电路，其特征在于，还包括输出电流控制电路，其接收所述LED负载的电流信号和所述调光信号发生电路传输的调光信号，并产生一第二控制信号，所述第二控制信号用以控制所述第二功率级电路为所述LED负载提供恒定的输出电流信号，并实现对所述LED负载进行调光。
8.根据权利要求I所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第一功率级电路为升压型拓扑结构。
9.根据权利要求I所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第二功率级电路为降压型拓扑结构或升压-降压型拓扑结构。
10.一种可调光的LED驱动方法，其特征在于，包括以下步骤 SI:接收电网交流电压，经一可控硅整流电路和电子变压器处理后输入至整流桥以获得一缺相的直流电压信号； S2:接收所述缺相的直流电压信号，产生第一级输入电流和第一输出电压；并且所述输入电流在所述可控娃整流电路中的可控娃导通时间区间内为一方波信号，其峰值为一,I'M定值且满足所述电子变压器的最小负载电流要求，其谷值为零；在所述可控硅关断时间区间内，所述输入电流保持为零； S3:接收所述第一级输入电流,产生一调光信号； S4:接收所述第一输出电压、LED负载的电流信号和所述调光信号，以产生一-〖亘定的输出电流信号。
11.根据权利要求10所述的LED驱动方法，其特征在于，在步骤S2中进一步包括 接收所述第一级输入电流和一第一基准电流，产生一电流控制信号；其中，所述第一基准电流与所述方波信号的峰值相对应； 接收所述第一输出电压和一第一基准电压，并产生一电压控制信号； 接收所述电流控制信号和所述电压控制信号，经逻辑运算后产生一第一控制信号。
12.根据权利要求11所述的LED驱动方法，其特征在于，进一步包括 比较所述第一级输入电流和所述第一基准电流，以产生所述电流控制信号； 接收所述第一输出电压和所述第一基准电压，经过迟滞比较以产生一滞环比较信号，所述滞环比较信号作为所述电压控制信号； 所述电流控制信号和所述电压控制信号经过一或逻辑运算后产生一复位信号；接收所述复位信号，并接收一第一时钟信号作为置位信号，以产生所述第一控制信号。
13.根据权利要求11所述的LED驱动方法，其特征在于，进一步包括 接收所述第一级输入电流和所述第一基准电流，产生第一误差电压信号； 比较所述第一误差电压信号和表征第一功率级电路中的电感电流的电压信号，以产生所述电流控制信号； 比较所述第一输出电压和所述第一基准电压以产生所述电压控制信号； 接收所述电流控制信号作为复位信号，并接收一第二时钟信号作为置位信号，以产生一第二触发信号； 接收所述电压控制信号作为复位信号，并接收一使能触发信号作为置位信号，以产生一第三触发信号； 所述第二触发信号和所述第三触发信号经过一与逻辑运算后产生所述第一控制信号。
14.根据权利要求13所述的LED驱动方法，其特征在于，接收一基准电流源，当表征所述第一级输入电流的方波信号有效时，所述基准电流源作为所述第一基准电流；当所述方波信号无效时，所述第一基准电流为零。
15.根据权利要求10所述的LED驱动方法，其特征在于，在步骤S3中进一步包括 接收所述第一级输入电流和一阈值电流，以输出一表征所述可控娃的导通角信息的第二方波信号； 接收所述第二方波信号和一第二基准电流，其根据所述第二方波信号对所述第二基准电流进行均值处理以获得一表征所述可控硅的导通角信息的所述调光信号。
全文摘要
本发明提供了一种可调光的LED驱动电路及驱动方法，其通过输入电流控制电路控制第一功率级电路中的输入电流在可控硅导通时间区间内为一方波信号，其峰值为一恒定值且满足所述电子变压器的最小负载电流要求，其谷值为零；在所述可控硅关断时间区间内，输入电流保持为零。这样能够保证电子变压器的负载电流在其最小负载电流之上，因而在工作过程中保持正常状态工作，避免了电子变压器关断造成LED负载闪烁的问题；此外，还通过调光信号发生电路检测输入电流信息以获得表征可控硅导通角信息的调光信号，实现了对LED负载的精确调光，调光范围宽、效果好；最后，输出电流控制电路实现对LED负载电流的恒流控制，从而保证LED负载亮度稳定。
文档编号H05B37/02GK102740571SQ20121024916
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月18日 优先权日2012年7月18日
发明者余峰, 黄晓冬 申请人:矽力杰半导体技术(杭州)有限公司