LED调光器、LED调光方法及LED驱动装置与流程

本发明涉及光源控制技术，更具体地，涉及用于LED灯的LED调光器、LED调光方法及LED驱动装置。

背景技术：

在发光二极管(light-emitting diode,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和LED驱动装置120经由交流供电线相连接。调光器110根据用户的操作产生电力载波信号。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111、功率转换模块122、解耦模块123和控制模块124。该整流桥111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。解耦模块123从直流母线电压获得电力载波信号，并且解码出调光数据信号，控制模块124根据调光数据信号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和/或电流。由于输出电压和/或电流的变化，LED的亮度、颜色会发生变化。

在该LED调光系统中，调光器和LED驱动装置串联连接，并且采用公共的相线和零线供电以及传输电力载波信号。在调光器端进行的信号调制控制和在LED驱动端进行的解耦控制，与交流输入电压的周期一致，从而可以将交流输入电压用于传送调光数据信号。

然而，由于各个国家或地区的市电制式不同，交流输入电压的幅值可以为110V或220V，频率可以为50Hz或60Hz，现有的LED调光系统仅能适用于特定市电制式的国家或地区，从而需要针对不同国家或地区设计不同的LED调光系统，导致芯片制造商的成本增加以及用户使用不便。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种调光器及LED驱动装置，在调光器端采用延时模块控制信号调制时刻，在LED驱动装置端采用参考电压控制信号解耦时刻，从而可以使得LED调光系统可以适用于不同的市电制式。

根据本发明的第一方面，提供一种LED调光器，其特征在于，包括：调光数据发生器，用于根据启动信号产生脉冲信号；以及调制器，用于将交流输入电压与多个脉冲信号相叠加，从而产生电力载波信号，以控制LED灯的亮度和/或颜色。

优选地，还包括：过零检测模块，用于检测交流输入电压的过零时刻，以产生过零检测信号；周期检测模块，根据连续的过零检测信号获得用于表征交流输入电压周期的周期信号；以及延时模块，用于根据过零检测信号和周期信号,进行延时以产生启动信号,以使得LED调光器适用于不同的市电制式。

优选地，所述过零检测模块用于检测所述交流输入电压从正电压值转变为负电压值和从负电压值转变为正电压值中的至少之一的过零时刻。

优选地，所述延时模块在过零时刻之后，延迟预定时间，将所述启动信号从无效状态转变为有效状态。

优选地，所述预定时间在3/8*T0～7/16*T0的范围内，其中T0为交流输入电压的周期。

优选地，所述脉冲信号利用电平表征数字值。

优选地，所述调制器进行幅值调制。

根据本发明的第二方面，提供一种LED驱动装置，其特征在于，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；功率转换模块，用于根据直流母线电压产生直流输出电压，从而为LED灯供电；使能模块，用于根据直流母线电压产生使能信号，以使得LED调光器适用于不同的市电制式；解耦模块，用于在使能信号的控制下工作，从直流母线电压获得电力载波信号，并且解码出调光数据信号；控制模块，用于根据调光数据信号产生控制信号，从而调节功率转换模块的输出电压和/或电流，其中，所述LED驱动装置检测脉冲信号，以实现电力载波信号的解耦控制。

优选地，所述功率转换模块是反激式功率变换器。

优选地，所述解耦模块包括：高通滤波器，用于从直流母线电压获得高频信号；以及第二比较器，用于将所述高频信号与参考电压相比较，以产生所述调光数据信号。

优选地，所述使能模块包括：第一比较器，用于将直流母线电压与参考电压相比较，以提供使能信号。

优选地，所述使能模块包括：零电压检测模块，用于检测直流母线电压的零电压时刻，以产生零电压检测信号；以及延时模块，用于在零电压时刻之后延迟预定时间产生使能信号。

优选地，所述预定时间例如在1/4*T0～3/8*T0范围内，其中T0为交流输入电压的周期。

优选地，所述使能模块包括：第一比较器，用于将直流母线电压与参考电压相比较，以产生第一控制信号；零电压检测模块，用于检测直流母线电压的零电压时刻，以产生零电压检测信号；延时模块，用于在零电压时刻之后延迟预定时间产生第二控制信号；以及逻辑门，用过根据第一控制信号和第二控制信号产生使能信号。

优选地，所述预定时间例如在1/4*T0～3/8*T0范围内，其中T0为交流输入电压的周期。

根据本发明的第三方面，提供一种LED调光方法，包括：产生启动信号；产生周期信号；根据启动信号和周期信号产生脉冲信号；以及将交流输入电压与多个脉冲信号相叠加，从而产生电力载波信号，以控制LED灯的亮度和/或颜色。

优选地，产生启动信号包括：检测交流输入电压的过零时刻，以产生过零检测信号；以及根据过零检测信号进行延时以产生启动信号，从而适用于不同的市电制式。

优选地，产生周期信号包括：根据连续的过零检测信号获得用于表征交流输入电压周期的周期信号。

优选地，检测交流输入电压的过零时刻包括：检测所述交流输入电压从正电压值转变为负电压值和从负电压值转变为正电压值中的至少之一的过零时刻。

优选地，在过零时刻之后，延迟预定时间，将所述启动信号从无效状态转变为有效状态。

优选地，所述预定时间在3/8*T0～7/16*T0的范围内，其中T0为交流输入电压的周期。

优选地，所述脉冲信号利用电平表征数字值。

优选地，通过幅值调制，产生电力载波信号。

优选地，还包括：根据直流母线电压产生直流输出电压，从而为LED灯供电；产生使能信号；根据使能信号，从直流母线电压获得电力载波信号，并且解码出调光数据信号；根据调光数据信号产生控制信号；以及根据所述控制信号调节功率转换模块的输出电压和/或电流，从而控制LED灯的亮度和/或色温。

优选地，产生使能信号包括：将直流母线电压与参考电压相比较，以提供使能信号，从而适用于不同的市电制式。

优选地，产生使能信号包括：检测直流母线电压的零电压时刻，以产生零电压检测信号；以及在零电压时刻之后延迟预定时间产生使能信号。

优选地，产生使能信号包括：将直流母线电压与参考电压相比较，以提供第一控制信号；检测直流母线电压的零电压时刻，以产生零电压检测信号；在零电压时刻之后延迟预定时间产生第二控制信号；以及对第一控制信号和第二控制信号进行与运算，以产生使能信号。

根据本发明实施例的LED调光系统，在调光器端采用延时模块控制信号调制时刻，在LED驱动装置端采用参考电压控制信号解耦时刻。在每个半工频周期中的接近结束的时间段检测脉冲信号，以实现电力载波信号的解耦控制。因此，LED驱动装置无需采用复杂的数据解析模块解析调光数据信号，从而可以降低电路成本。

由于根据交流输入电压的幅值和频率的标称值和波动值而设置参考电压，因此，该LED调光系统可以适用于不同市电制式的国家或地区，从而针对不同国家或地区可以设计通用的LED调光系统，从而降低芯片制造商的成本以及方便用户的使用。

进一步地，由于在每个半工频周期中的接近结束的短暂时间内，交流输入电压用于传输信号，在大部分的时间内，交流输入电压用于为调光器和LED驱动装置供电。因而，该LED调光系统可以减轻供电对载波信号传输的干扰，从而提高电路的可靠性。

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，在附图中：

图1示出根据现有技术的LED调光系统的示意性框图；

图2示出根据本发明第一实施例的LED调光系统的示意性框图；

图3示出根据本发明第一实施例的LED调光系统的示意性框图；以及

图4示出根据本发明第一实施例的LED调光系统的示意性框图。

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2示出根据本发明第一实施例的LED调光系统的示意性框图。

该LED调光系统包括调光器210、LED驱动装置220和LED灯230。调光器210作为主控制器，用于根据用户的操作产生电力载波信号，LED驱动装置220作为从控制器，用于根据电力载波信号控制提供给LED灯230的直流输出电压。

与图1所示的现有技术的LED调光系统不同，根据本发明第一实施例的LED调光系统中的调光器210在每个半工频周期中信号调制产生电力载波信号。为此，调光器210包括过零检测模块211、周期检测模块215、延时模块212、调光数据发生器213和调制器214。

调光器210的输入端连接至相线，输出端连接至LED驱动装置220，从而可以经由电力线传输调光数据信号。调光器210接收交流输入电压，该交流输入电压的频率例如是50Hz(周期0.02秒)或60Hz(周期0.017秒)，相应的周期为T0。

过零检测模块211针对交流输入电压，检测从负电压值至正电压值或者从正电压值至负电压值的过零时刻t0，并且产生过零检测信号。

周期检测模块215接收过零检测信号，根据连续的过零检测信号获得用于表征交流输入电压周期的周期信号。

延时模块212接收过零检测信号和周期信号，并且产生启动信号。在过零时刻之后延迟预定时间Δt。在每个半工频周期之后，交流输入电压的峰值或谷值之后的时刻，启动信号从无效状态转变成有效状态。例如，该预定时间Δt为3/8*T0～7/16*T0。优选地，该时刻位于交流输入电压的正弦波形接近过零的位置附近，相应地，该预定时间Δt约为7/16*T0。在该实施例中，调光器210作为发送端，在每个半工频周期结束前进行信号调制。即使在不同市电制式下交流输入电压幅值和/或频率不同，或者交流输入电压的幅值或频率波动，LED驱动装置220作为接收端，均能捕获到电力载波信号。

调光数据发生器213接收启动信号，在启动信号有效时，调光数据发生器213提供脉冲信号。该脉冲信号利用电平表征数字值，例如高电平表征数字“1”，低电平表征数字“0”。

调制器214将脉冲信号与交流输入电压相叠加，从而产生电力载波信号。该电力载波信号例如是在每个半工周期中幅值调制的正弦波。

调光器210和LED驱动装置220经由交流供电线相连接。例如，调光器210连接至市电电网的相线。LED驱动装置220的第一输入端连接至调光器210，第二输入端连接至市电电网的零线。LED灯230作为功率转换模块的负载，连接在LED驱动装置220的第一输出端和第二输出端之间。

LED驱动装置220包括整流桥211、功率转换模块222、解耦模块223、控制模块224和比较器225。

整流桥211例如为全桥整流电路，从市电电网获得交流输入电压，经过整流获得直流母线电压Vbus。所述直流母线电压Vbus例如是半工频周期的直流脉动电压。

功率转换模块222例如为包含主开关管的反激式(FLY-BACK)功率变换器，将直流母线电压Vbus进一步转换成直流输出电压。

比较器225的反相输入端接收直流母线电压Vbus，同相输入端接收参考电压Vref，输出端提供使能信号EN。参考电压Vref可以根据交流输入电压的幅值和频率的标称值和波动值而确定。

该实施例中，参考电压例如在80V-100V的范围内选择，以适应各个国家或地区的市电标准。在优选的实施例中，针对220V的交流输入电压，参考电压例如为150V，针对120V的交流输入电压，参考电压例如为100V，以适应交流输入电压的幅值和频率波动。

该解耦模块223接收直流母线电压Vbus和使能信号EN。在使能信号EN有效时，解耦模块223工作。解耦模块223例如包括高通滤波器和比较器。高通滤波器从直流母线电压Vbus获得高频信号。比较器将所述高频信号与参考电压相比较，以产生所述调光数据信号。

控制模块224根据调光数据信号进一步产生控制信号，例如脉宽调制信号。功率转换模块222在控制信号的控制下调节输出电压和/或电流。由于输出电压和/或电流的变化，LED灯的亮度、颜色发生变化，从而实现调光。

图3示出根据本发明第二实施例的LED调光系统的示意性框图。

调光器210和LED驱动装置220经由交流供电线相连接。例如，调光器210连接至市电电网的相线。LED驱动装置220的第一输入端连接至调光器210，第二输入端连接至市电电网的零线。LED灯230作为功率转换模块的负载，连接在LED驱动装置220的第一输出端和第二输出端之间。

与图2所示的根据本发明第一实施例的LED调光系统类似，该LED调光系统包括调光器210、LED驱动装置220和LED灯230。调光器210作为主控制器，用于根据用户的操作产生电力载波信号，LED驱动装置220作为从控制器，用于根据电力载波信号控制提供给LED灯230的直流输出电压。

与图2所示的根据本发明第一实施例的LED调光系统不同，LED驱动装置220包括整流桥211、功率转换模块222、解耦模块223、控制模块224、零电压检测模块226和延时模块227。

整流桥211例如为全桥整流电路，从市电电网获得交流输入电压，经过整流获得直流母线电压Vbus。

功率转换模块222例如为包含主开关管的反激式(FLY-BACK)功率变换器，将直流母线电压Vbus进一步转换成直流输出电压。

零电压检测模块226针对直流母线电压Vbus，检测从正电压至零电压的零电压时刻t1，并且产生零电压检测信号。

延时模块227接收零电压检测信号，在零电压时刻之后延迟预定时间Δt，产生使能信号EN。在每个半工频周期之后，直流母线电压的峰值之后的时刻，使能信号EN从无效状态转变成有效状态。预定时间Δt可以根据交流输入电压的幅值和频率的标称值和波动值而确定。

该实施例中，预定时间Δt例如在1/4*T0～3/8*T0范围内选择，以适应各个国家或地区的市电标准，以及适应交流输入电压的幅值和频率波动。优选地，该时刻位于直流母线电压峰值的位置附近，相应地，该预定时间Δt约为1/4*T0。

该解耦模块223接收直流母线电压Vbus和使能信号EN。在使能信号EN有效时，解耦模块223工作。解耦模块223例如包括高通滤波器和比较器。高通滤波器从直流母线电压Vbus获得高频信号。比较器将所述高频信号与参考电压相比较，以产生所述调光数据信号。

控制模块224根据调光数据信号进一步产生控制信号，例如脉宽调制信号。功率转换模块222在控制信号的控制下调节输出电压和/或电流。由于输出电压和/或电流的变化，LED灯的亮度、颜色发生变化，从而实现调光。

在该实施例中，调光器210作为发送端，在每个半工频周期结束前进行信号调制。即使在不同市电制式下交流输入电压幅值和/或频率不同，或者交流输入电压的幅值或频率波动，LED驱动装置220作为接收端，均能捕获到电力载波信号。

图4示出根据本发明第三实施例的LED调光系统的示意性框图。

调光器210和LED驱动装置220经由交流供电线相连接。例如，调光器210连接至市电电网的相线。LED驱动装置220的第一输入端连接至调光器210，第二输入端连接至市电电网的零线。LED灯230作为功率转换模块的负载，连接在LED驱动装置220的第一输出端和第二输出端之间。

与图2所示的根据本发明第一实施例的LED调光系统类似，该LED调光系统包括调光器210、LED驱动装置220和LED灯230。调光器210作为主控制器，用于根据用户的操作产生电力载波信号，LED驱动装置220作为从控制器，用于根据电力载波信号控制提供给LED灯230的直流输出电压。

与图2所示的根据本发明第一实施例的LED调光系统不同，LED驱动装置220包括整流桥211、功率转换模块222、解耦模块223、控制模块224、比较器225、零电压检测模块226、延时模块227、以及与门228。

整流桥211例如为全桥整流电路，从市电电网获得交流输入电压，经过整流获得直流母线电压Vbus。

功率转换模块222例如为包含主开关管的反激式(FLY-BACK)功率变换器，将直流母线电压Vbus进一步转换成直流输出电压。

比较器225的同相输入端接收直流母线电压Vbus，反相输入端接收参考电压Vref，输出端提供第一控制信号。参考电压Vref可以根据交流输入电压的幅值和频率的标称值和波动值而确定。

该实施例中，参考电压例如在80V-100V的范围内选择，以适应各个国家或地区的市电标准。在优选的实施例中，针对220V的交流输入电压，参考电压例如为150V，针对120V的交流输入电压，参考电压例如为100V，以适应交流输入电压的幅值和频率波动。

零电压检测模块226针对直流母线电压Vbus，检测从正电压至零电压的零电压时刻t1，并且产生零电压检测信号。

延时模块227接收零电压检测信号，在零电压时刻之后延迟预定时间Δt，产生第二控制信号。在每个半工频周期之后，直流母线电压的峰值之后的时刻第二控制信号从无效状态转变成有效状态。预定时间Δt可以根据交流输入电压的幅值和频率的标称值和波动值而确定。

该实施例中，预定时间Δt例如在1/4*T0～3/8*T0范围内选择，以适应各个国家或地区的市电标准，以及适应交流输入电压的幅值和频率波动。优选地，该时刻位于直流母线电压峰值的位置附近，相应地，该预定时间Δt约为1/4*T0。

与门228的第一输入端和第二输入端分别接收第一控制信号和第二控制信号，输出端提供使能信号EN。在替代的实施例中，可以采用任意的逻辑门实现相同的功能。

该解耦模块223接收直流母线电压Vbus和使能信号EN。在使能信号EN有效时，解耦模块223工作。解耦模块223例如包括高通滤波器和比较器。高通滤波器从直流母线电压Vbus获得高频信号。比较器将所述高频信号与参考电压相比较，以产生所述调光数据信号。

控制模块224根据调光数据信号进一步产生控制信号，例如脉宽调制信号。功率转换模块222在控制信号的控制下调节输出电压和/或电流。由于输出电压和/或电流的变化，LED灯的亮度、颜色发生变化，从而实现调光。

在该实施例中，调光器210作为发送端，在每个半工频周期结束前进行信号调制。即使在不同市电制式下交流输入电压幅值和/或频率不同，或者交流输入电压的幅值或频率波动，LED驱动装置220作为接收端，均能捕获到电力载波信号。

根据本发明实施例的LED调光系统，在调光器端检测市电电网的交流输入电压周期，采用延时模块控制信号调制时刻。在每个半工频周期中，采用信号调制产生电力载波信号，在连续的多个半工频周期中，传输调光数据信号。在优选的实施例中，调光器作为发送端，在每个半工频周期结束前进行信号调制，LED驱动装置作为接收端，可以容易地捕获到电力载波信号。

调光器210采用过零检测模块、周期检测模块和延时模块，即可以实现电力载波信号的调制控制。因此，调光器210无需采用专用的电力载波通信芯片，例如，低压电力线载波通信芯片PL3106，从而可以降低电路成本。

LED驱动装置220在每个半工频周期中的接近结束的时间段检测脉冲信号，以实现电力载波信号的解耦控制。因此，LED驱动装置220无需采用复杂的数据解析模块解析调光数据信号，从而可以降低电路成本。

进一步地，由于采用信号调制，在每个半工频周期中的接近结束的短暂时间内，交流输入电压用于传输信号，在大部分的时间内，交流输入电压用于为调光器和LED驱动装置供电。因而，该LED调光系统可以减轻供电对载波信号传输的干扰，从而提高电路的可靠性。

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，从而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。