针对led灯的切相调光控制电路及其调光方法
【专利摘要】本发明公开了一种针对LED灯的切相调光控制电路及其调光方法，电路中的逻辑电路将整流后的采集的输入电压与输出电流误差放大信号做乘法运算，当输入电压切相后，采集到的整流电压信号同样被切相，在与误差放大器的输出信号乘法运算后，得到的切相信号控制场效应管的导通时间，切相的角度越大，变压器传输的能量越小。负载为恒压特性负载时，切相时降低输出电压；负载为恒流特性负载时，切相时降低输出电流。本发明基于对电源输出进行恒压和恒流控制，同时通过假负载，信号采集和处理等手段实现切相调光功能，使整个电路系统达到兼容恒压切相调光和恒流切相调光的目的。
【专利说明】针对LED灯的切相调光控制电路及其调光方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及LED照明领域，特别涉及一种针对LED灯的切相调光控制电路及其调 光方法。
【背景技术】
[0002] 当前LED照明行业迅速发展，市场对节能效益的追求促使对LED调光的需求与日 俱增。切相式调光常用的调光方法之一，这种方法是通过调节交流电每个半波的导通角来 改变正弦波形，从而改变交流电流的有效值，以此实现调光的目的，也称为"斩波式"调 光。目前市场上切相调光LED驱动器主要针对恒定电流模式驱动的LED产品，但也有一些 LED产品需要恒定电压模式驱动，如LED灯带，而现有技术尚无一种可以同时适用于需要恒 定电流驱动的LED产品和需要恒定电压驱动的LED产品的调光电路。
【发明内容】
[0003] 为了解决现有技术中尚无一个同时适用于驱动恒压和恒流LED产品的且切相调 光电路的问题，本发明提供了一种针对LED灯的切相调光控制电路及其调光方法。
[0004] 本发明的技术方案如下：
[0005] -种针对LED的切相调光控制电路，包括逻辑电路、恒压恒流电路、控制环路和变 压器；
[0006] 所述逻辑电路中，误差放大器的负极输入端连接参考电压，误差放大器的输出端 连接乘法器的输入端，乘法器的输出端连接比较器的负极输入端，比较器的输出端连接逻 辑控制模块，逻辑控制模块的输出端连接输出驱动的输入端；
[0007] 所述逻辑电路的输出驱动的输出端连接变压器的原级，所述变压器的次级侧连接 恒流恒压电路；
[0008] 所述恒压恒流电路由双运放采样检测控制电压和电流的大小；
[0009] 所述控制环路由恒压恒流电路的输出信号经过光偶连接到逻辑控制电路中的误 差放大器的正向输入端。
[0010] 其进一步的技术方案为：所述逻辑电路用于完成逻辑信号控制。
[0011] 其进一步的技术方案为：所述恒压恒流电路包括第一运放比较器与第二运放比较 器及周围采样比较电路。
[0012] 其进一步的技术方案为：所述电路包括整流电路，连接于电路的输入端；还包括 消振电路，所述消振电路串或并联于所述整流电路的输入端。
[0013] 其进一步的技术方案为：还包括去耦电路，所述去耦电路由一个电阻和一个电容 串联或是单独一个电容并联于上述电路各部分的关键信号点处。
[0014] 其进一步的技术方案为：还包括假负载电路，所述假负载电路由一个电阻和一个 电容串联或是一个受控型电阻串联于上述电路各部分的主回路中。
[0015] 一种利用上述针对LED的切相调光控制电路而实现的调光方法，包含如下步骤：
[0016] a、在调光电路的总输出端接入恒压负载或恒流负载，总输入端接入切相调光器；
[0017] b、检测切相调光器的切相信号大小；
[0018] c、若所接入负载为恒压负载，则恒流恒压电路中只有恒压电路工作，检测输出电 压信号，判定控制环路中的光耦是否工作，进而判定逻辑电路中误差放大器输出是否为定 值常数，若为否，则电路处于恒压模式，电路无调光功能，若为是，则由于切相信号的作用， 恒流恒压电路不工作，进入步骤d ;
[0019] 若所接入负载为恒流负载，则恒流恒压电路中只有恒流电路工作，检测输出电流 信号，判定控制环路中的光耦是否工作，进而判定逻辑电路中误差放大器输出是否为定值 常数，若为否，则电路处于恒流模式，电路无调光功能，若为是，则由于切相信号的作用，恒 流恒压电路不工作，进入步骤d;
[0020] d、在调光电路的总输入端的切相信号降低了调光电路中逻辑电路的输出占空 比；
[0021] e、变压器的原级所储存能量降低，进而变压器次级耦合能量降低，若为恒压负载， 则输出电压降低，达到了切相调整输出电压的目的；若为恒流负载，则输出电流降低，达到 了切相调整输出电流的目的。
[0022] 本发明的有益技术效果是：
[0023] 本发明以恒定输出电压和恒定输出电流的电路作为基础，巧妙的利用恒压恒流电 路的非常规工作模式，实现了一种可以根据接入的负载的性质，自动实现恒压和恒流模式 切相调光控制的电路，当负载为恒压特性负载时，切相时能降低输出电压，实现调光作用， 当负载为横流特性负载时，切相时能降低输出电流，实现调光作用。
[0024] 电路中增加了消振电路部分，可以免除电路中电容与电感的存在引起的谐振现 象；电路中还增加了假负载部分，使总体电路在切较大的相位角时稳定电路总的输出；电 路中还增加了去耦合电路部分，可以有效避免在切相调光过程中，电路中的各种变量参数 一直处于变化过程中，导致电路中产生的高次尖峰脉冲，这样就可以避免整个电路工作异 常导致的输出LED负载闪烁，去耦合电路部分起到了消除高频噪声，稳定电路的作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1是本发明的电路图。
[0026] 图2是本发明的逻辑电路示意图。
[0027] 图3是本发明反馈环路示意图。
[0028] 图4是本发明未切相时的工作波形。
[0029] 图5是本发明切相时的工作波形。
[0030] 图6是本发明中产生谐振时的尖峰波形。
[0031] 图7是本发明的调光方法流程图。
【具体实施方式】
[0032] 图1为可以实施本发明的一个具体电路图。图1中的逻辑电路部分的电路图见图 2所示。
[0033] 如图1、图2所示，实施方式如下：
[0034] (1)恒压切相调光：
[0035] 输入交流电经过桥式整流电路DB1整流后连接电阻R18,电阻R18连接到逻辑电路 中的输出驱动的驱动端，为逻辑电路提供启动电能。逻辑电路输出驱动的输出端输出调制 脉冲信号连接场效应管Q2的栅极，驱动场效应管Q2导通。变压器T1的初级绕组L1能够 存储能量，并可以产生励磁电流。变压器T1的初级绕组L1连接场效应管Q2至电阻R36,这 样励磁电流通过采样电阻R36连接到逻辑电路中运算放大器的正向输入端，与其内部基准 电压比较，当超出基准值时调制脉冲信号变低，场效应管Q2关断，此时变压器T1的次级绕 组L2端的二极管D1导通，变压器T1初级绕组L2存储的能量传输到次级绕组L2。次级绕 组L2正相端连接二极管D1的正极。二极管D1的负极与变压器的负向输入端之间并联电 容C2、电容C3、电容C2A、电阻R5、电阻R6和电阻R5A，用于实现滤波和放电功能。
[0036] 在二极管D1的负极连接电阻R10和电阻R20分压，分压到的信号连接到恒压控制 IC1的负端，恒压控制IC1的正向输入端连接IC2做稳压2. 5V基准。这样恒压控制IC1的 正向输入端与负向输入端做比较，当变压器T1的次级绕组L2耦合得到的能量降低时，恒压 控制IC1的负向输入端米样的电压小于正向输入端的电压，恒压控制IC1输出的高电势，恒 压控制IC1输出连接二极管D11的负极，二极管D11的正极连接光偶U3的输入端，S卩1端 和2端，光偶U3的1端连接电阻R34到VCC，此时的光耦U3由于恒压控制IC1输出的高电 势大于光耦U3的1端电势，光耦U3未导通。光耦U3的3端连接电阻R24 -端，电阻R24 的另一端连接逻辑电路中误差放大器的正向输入端，此时逻辑控制电路中误差放大器输出 的信号为一个定值常数。
[0037] 当电路的总输入端接入切相调光器而切相后，电阻R12和电阻R30组成的采样电 路中通过整流后的正电压，通过电阻R12和电阻R30串联分压后输入到逻辑电路中的乘法 器。逻辑电路中的乘法器将切相后的波形与误差放大器的输出的参数做乘法运算，乘法器 输出的值较未切相时的值要小，切相越大，则得到的值越小。则逻辑控制电路中逻辑控制模 块的输出总驱动时间越短，逻辑电路的输出驱动通过电阻R19连接到场效应管Q2,场效应 管Q2的总导通时间越短，则与场效应管Q2的漏极相连的变压器T1初级绕组L1总导通时 间越短，耦合到变压器T1初级绕组L2的能量降低，此时输出的电压跟随变压器T1初级绕 组L2的能量降低而降低。切相的相位角越大，变压器T1初级绕组L2的能量越低，输出的 电压越低。从而实现了切相降低输出电压的目的。
[0038] (2)恒流切相调光：
[0039] 与恒压切相调光方式类似，将电阻R9串联于输出端回路中，当有电流流过时，电 流信号通过电阻R9转化为电压信号。电阻R9连接电阻R14的一端，电阻R14的另一端连 接到恒流控制IC2的负向输入端。电阻R37与电阻R39串联分压，电阻R37与电阻R39的 公共端连接到恒流控制IC2的正向输入端，将恒流控制IC2的正向输入端和负向输入端做 比较输出。恒流控制IC2的输出连接二极管D12,二极管D12连接光耦U3的输入1端和2 端，光耦U3的1端连接电阻R34,电阻R34连接到VCC，当电阻R9上流过的电流减小时，通 过电阻R14连接到恒流控制IC2负向输入端的电压降低，此时的恒流控制IC2负向输入端 小于恒流控制IC2正向输入端，此时恒流控制IC2的输出端输出高电势，与恒流控制IC2输 出端的光耦U3输入端未导通，之后的过程与恒压切相调光工作过程相同，切相的相位角越 大，变压器T1初级绕组L2的能量越低，输出的电流越低。从而实现了切相降低输出电流的 目的。
[0040] 图1中，消振电路位于整流电路DB1之前，电阻R4为电感L1与电感L1A的消振电 阻，若无电阻R4,在切相调光时电感L1与电感L1A会与电路中的电容产生谐振，输入交流电 产生振荡导致调光器处于导通和关断的切换中而引起负载LED闪烁。电阻R11和电容C5 为切相调光器在最小角度时提供足够的导通电流，维持调光器导通，起到假负载的作用。电 容C8、电容C9、电容C14、电容C11、电容C12为去耦电容，在切相调光过程中有变量参数一 直处于变化过程中，其中会产生高次尖峰脉冲，促使整个电路工作异常，使输出LED负载闪 烁，这些电容起到消除高频噪声，稳定电路的作用。
[0041] 图3为本发明反馈环路示意图。电路的调光过程由反馈环路参与完成。
[0042] 图4为本发明为未接切相调光器时的工作波形，图4_(1)为交流输入的电压波形， 图4-(2)为整流后的电压波形，图4-(3)为第二采样电路采样之后乘法器接收到的电压波 形。
[0043] 电路的总输入端之前接入切相调光器时，假设输入是一个切相到50%的交流电 压，同样经过DB1整流采样，采样到的是一个切相的采样信号，只有50%的部分在工作（如 阴影部分）经过乘法器后得到的输出信号保持切相的波形，在保留的部分与变压器的峰值 电流采样信号比较控制场效应管Q2的导通和关断，在切相的部分场效应管Q2始终保持关 断状态，因此变压器初级传输到次级的能量只有未切相时的50%。图5为本发明电路加有 切相调光器，且切相调光器切相50%时的工作波形，图5-(1)为交流输入的电压波形，图 5_(2)为整流后的电压波形，图5-(3)为乘法器接收到的电压波形。
[0044] 恒压模式时，电流环路是不工作的，电流环路处于开环状态，此时的输出电压跟随 变压器次级输出总能量的降低而降低。输出电压降低后，电压环路也停止工作，电路建立起 调光模式。此时输出无反馈信号到逻辑电路内部的误差放大器的正极输入端，即逻辑电路 内部的误差放大器输出是一常数，乘法器的输出完全由输入电压米样信号决定，即决定变 压器的传输能量的大小。基于此原理实现了切相恒压调光功能。
[0045] 同恒压模式的切相调光原理相同，当负载为横流模式时，恒压环路处于开环状态， 切相调光器切相的相位角越大，变压器传输的能量越小，输出电流跟随变压器次级输出能 量的降低而降低。输出电流降低后，电流环路也停止工作，电路建立起调光模式。此时无输 出电流反馈信号到逻辑电路内部的误差放大器的正极输入端，这样逻辑电路中的误差放大 器的输出是一个常数，变压器传输能量的大小完全受控于输入电压采样信号，从而达到恒 流调光的目的。
[0046] 本发明是以恒定输出电压和恒定输出电流的电路作为基础。通过采集所输入的 交流电源整流后的电压信号与输出电流误差放大信号做乘法运算，当输入电压切相后，采 样的整流电压信号同样被切相，在与误差放大器的输出信号乘法运算后，得到仍然是一个 切相信号，通过与变压器的峰值电流（导通时间）相比，控制场效应管的导通时间，因为乘 法器的输出信号是一个切相的信号，场效应管在被切相的部分时间内是一直关断的，所以 通过变压器传输的能量只下剩没被切相的部分。切相的角度越大，变压器传输的能量越小。 负载为恒压特性负载时，切相时降低输出电压；负载为恒流特性负载时，切相时降低输出电 流；这就是实现切相调光的基本原理。
[0047] 整个电路是基于该电路以恒定输出电压和恒定输出电流的电路作为基础，区别之 处在于如下几点：
[0048] (1)在不调光时利用逻辑电路的乘法运算矫正功率因数；调光时利用逻辑电路的 乘法运算矫正功率因数，同时控制变压器的传输能量来控制输出参数改变。
[0049] (2)在不调光时在电路中不需要增加去耦及消振电路。
[0050] (3)在不调光电路中不需要在桥堆后面增加 RC假负载。
[0051] 电路中若有谐振产生，电路中的波形有尖峰电势出现，会产生参数突变，产生负载 闪烁，尖峰电势同时也会触发到保护，亦会出现负载闪烁，如图6所示，图6-(1)为切相后的 交流输入波形，图6_(2)为第一采样电路采样后的波形，由于电路中存在寄生电容，所以波 形有一些畸变，图6-(3)和图6-(4)中圈出的部分为电路中存在的尖峰电势。消振电路与 去耦电路可以有效去除这些电路中的畸变。
[0052] 图7为本发明的调光方法流程图。如图1和图7所示：首先要在调光电路的总输 出端接入恒压或恒流负载，总输入端接入切相调光器，在电阻R12与电阻R30的公共点检测 切相调光器的切相信号。若所接入负载为恒压负载，由电阻R10与电阻R20分压采样，检测 输出电压信号，判定控制环路2中的光耦是否工作，进而判定逻辑电路4中的误差放大器的 输出是否为定值常数。若控制环路2中无反馈信号，即光耦不工作，恒流恒压电路3处于恒 压模式，电路无调光功能。若控制环路2中有反馈信号，光耦工作，则由于切相信号的作用， 恒流恒压电路3不工作，电路的输出只由输入信号决定，电路进入调光模式。
[0053] 若负载为恒流负载，原理同恒压负载一样。首先在电阻R12与电阻R30的公共连 接点检测切相信号。之后电阻R9将输出的电流信号转换为电压信号，并将该电压信号传送 到恒流控制IC2,检测输出电流信号，判定控制环路2中的光耦是否工作，进而判定逻辑电 路4中的误差放大器的输出是否为定值常数。若控制环路2中无反馈信号，即光耦不工作， 恒流恒压电路3处于恒流模式，电路无调光功能。若控制环路2中有反馈信号，光耦工作， 则由于切相信号的作用，恒流恒压电路3不工作，电路的输出只由输入信号决定，电路进入 调光模式。
[0054] 无论所接负载是电压负载还是电流负载，当电路进入调光模式后，调光电路的总 输入端的切相信号降低了调光电路中逻辑电路1的输出驱动的占空比，进而变压器4的 原级所储存能量降低，变压器4的副边耦合能量也降低，若负载为恒压负载，则输出电压降 低，达到了切相调整输出电压的目的；若为恒流负载，则输出电流降低，达到了切相调整输 出电流的目的。
[0055] 以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本 领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变 化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种针对LED的切相调光控制电路，其特征在于：包括逻辑电路（1)、恒压恒流电路 (3)、控制环路（2)和变压器（4); 所述逻辑电路（1)中，误差放大器的负极输入端连接参考电压，误差放大器的输出端 连接乘法器的输入端，乘法器的输出端连接比较器的负极输入端，比较器的输出端连接逻 辑控制模块，逻辑控制模块的输出端连接输出驱动的输入端； 所述逻辑电路（1)的输出驱动的输出端连接变压器（4)的原级，所述变压器（4)的次 级侧连接恒流恒压电路（3); 所述恒压恒流电路（3)由双运放采样检测控制电压和电流的大小； 所述控制环路（2)由恒压恒流电路（3)的输出信号经过光偶连接到逻辑控制电路（1) 中的误差放大器的正向输入端。
2. 如权利要求1所述的针对LED的切相调光控制电路，其特征在于：所述逻辑电路（1) 用于完成逻辑信号控制。
3. 如权利要求1所述的针对LED的切相调光控制电路，其特征在于：所述恒压恒流电 路（3)包括第一运放比较器与第二运放比较器及周围采样比较电路。
4. 如权利要求1所述的针对LED的切相调光控制电路，其特征在于：所述电路包括整 流电路（5)，连接于电路的输入端；还包括消振电路（6)，所述消振电路串或并联于所述整 流电路的输入端。
5. 如权利要求1所述的针对LED的切相调光控制电路，其特征在于：还包括去耦电路， 所述去耦电路由一个电阻和一个电容串联或是单独一个电容并联于上述电路各部分的关 键信号点处。
6. 如权利要求1所述的针对LED的切相调光控制电路，其特征在于：还包括假负载电 路，所述假负载电路由一个电阻和一个电容串联或是一个受控型电阻串联于上述电路各部 分的主回路中。
7. -种利用权利要求1所述的针对LED的切相调光控制电路而实现的调光方法，其特 征在于，包含如下步骤： a、 在调光电路的总输出端接入恒压负载或恒流负载，总输入端接入切相调光器； b、 检测切相调光器的切相信号大小； c、 若所接入负载为恒压负载，则恒流恒压电路（3)中只有恒压电路工作，检测输出电 压信号，判定控制环路（2)中的光耦是否工作，进而判定逻辑电路（1)中误差放大器输出是 否为定值常数，若为否，则电路处于恒压模式，电路无调光功能，若为是，则由于切相信号的 作用，恒流恒压电路（3)不工作，进入步骤d; 若所接入负载为恒流负载，则恒流恒压电路（3)中只有恒流电路工作，检测输出电流 信号，判定控制环路（2)中的光耦是否工作，进而判定逻辑电路（1)中误差放大器输出是否 为定值常数，若为否，则电路处于恒流模式，电路无调光功能，若为是，则由于切相信号的作 用，恒流恒压电路（3)不工作，进入步骤d; d、 在调光电路的总输入端的切相信号降低了调光电路中逻辑电路（1)的输出占空比； e、 变压器（4)的原级所储存能量降低，进而变压器（4)次级耦合能量降低，若为恒压负 载，则输出电压降低，达到了切相调整输出电压的目的；若为恒流负载，则输出电流降低，达 到了切相调整输出电流的目的。
【文档编号】H05B37/02GK104066256SQ201410330399
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2014年7月11日
【发明者】郭穗, 王邦虎 申请人:无锡实益达电子有限公司