开关分段调色调光恒流控制器集成电路的制作方法

本发明涉及恒流控制器，具体而言，涉及一种开关分段调色调光恒流控制器集成电路，包含所述集成电路的恒流源负载驱动装置，以及包含所述驱动装置的智能照明灯具。

背景技术：

作为新一代的照明光源，发光二极管(led)已经得到广泛应用。与其他照明灯具不同的是，led灯具非常适合智能调光调色，例如适于开关分段调色和开关分段调光、无线遥控调光和调色。目前，智能照明已成为led照明的发展大趋势。

上述开关分段调色的功能为，通过led灯具的开和关来实现灯的色温控制。这里，led光源色温以绝对温度k来表示。色温在3300k以下，光色偏红给人以温暖的感觉，这种光一般称做“暖色光”或者“暖光”；色温在3000k至6000k之间，此色调对人无特别明显的视觉心理效果，人有爽快的感觉，故称为“中性”色温，这种光称做“中性光”；色温超过6000k，光色偏蓝，给人以清冷的感觉，这种光称做“冷色光”或者“冷光”。例如，三段开关调色温的完整过程可以为，第一次开灯，led灯以冷光点亮；关掉灯，灯灭；在5秒钟以内再次把灯打开，灯变成暖光，亮度不变；再关掉灯，灯灭；在5秒钟以内再次把灯打开，灯的色温变成中性光，亮度依然不变；第三次关掉灯，灯灭；在5秒钟以内再次把灯打开，灯的色温又变回冷光。而且，无论灯在任何色温状态下，只要关灯时间超过5秒钟以上，再次开灯后都回到冷光状态，这是led灯色温状态的复位。当然，开关调色温不仅可以做成三段，也可以做成其他段数。

开关分段调光的功能则为，通过led灯具的开和关来实现灯的亮度控制。例如，一个完整的三段开关调光过程描述如下：第一次开灯，led灯以10w点亮；关掉灯，灯灭；在5秒钟以内再次把灯打开，灯的亮度变成5w，亮度减少一半，也就节能一半；再关掉灯，灯灭；在5秒钟以内再次把灯打开，灯的亮度变成2.5w，亮度只有1/4，可节能3/4；第三次关掉灯，灯灭；在5秒钟以内再次把灯打开，灯的亮度又变成10w，亮度达到最大。无论灯亮度处于何种状态，只要关灯时间超过5秒钟以上，再次开灯后都回到最大亮度状态，这就是led灯亮度状态的复位。类似地，开关调光不仅可以做成三段，还可以做成其他任意段，比如两段、四段、五段、六段，甚至无极的调光。

分段调光技术最先发明应用，但现在只是小规模商用。后发明应用的分段调色技术，反而迅速得到了大规模商用。参照图1，图1为目前市场最新的led分段调色电路。该方案中，以恒流控制器200为核心的恒流电路为led负载提供稳定的输出电流。色温控制器100用于实现对led色温的选择。led负载005和006，一路为暖色温，即暖色；另一路为冷色温，即冷色。在色温控制器100内部，nmos管103和104的导通与否决定着，led负载发出的光是暖色、冷色、或者中性色。但不管是哪种色温，输出电流不变，也就是led负载的亮度不变。该方案只能分段调色温，不能调亮度。当色温为中性色的时候，led负载005和006同时亮，它们各分一半的输出电流，这意味着负载005和006只有一半负荷，没有满负荷工作。显然，这是一种浪费。

技术实现要素：

本发明的目的是，针对现有技术中led分段调色电路所存在的以上问题，在不增加成本的前提下，发明一种新的分段调色调光恒流控制器，使led负载在中性色的情况下也能够满负载工作、物尽其用。

根据本发明的第一方面，提供一种开关分段调色调光恒流控制器集成电路，其内部设有调色调光控制电路、第一、二nmos管以及恒流控制电路，其中，调色调光控制电路在一预定时间内，基于所述集成电路电源端电压(vcc)的上升和下降，产生第一、二色温控制信号以及亮度调整信号；第一、二nmos管的栅极分别接收所述第一、二色温控制信号，漏极分别连接外部并联的不同色温的第一、二恒流源负载，源极共同连接来自外部功率转换级的负载电流检测信号；恒流控制电路，基于所述负载电流检测信号与亮度调整信号，通过控制外部功率转换级中功率开关的闭合与断开，调节所述第一、二恒流源负载的电流之和的平均值。

第一方面中，优选的是，所述调色调光控制电路包括上电/掉电检测电路、计时器、状态寄存器、调色译码电路以及调光译码电路，其中，上电/掉电检测电路与所述集成电路电源端相连，当检测到所述电源端电压(vcc)下降时，产生一状态更新信号，并启动所述计时器计时；在所述预定时间内检测到所述电源端电压(vcc)上升的情况下，关闭所述计时器计时；状态寄存器接收所述状态更新信号，并更新其状态信息；调色译码电路接收所述状态寄存器输出的状态信息，并将状态信息译码为所述第一、二色温控制信号；调光译码电路，接收所述状态寄存器输出的状态信息，并将状态信息译码为所述亮度调整信号。

优选的是，在上电/掉电检测电路于所述预定时间内未检测到所述电源端电压(vcc)上升的情况下，所述计时器向状态寄存器输出一复位信号。

优选的是，所述状态寄存器采用由两个d触发器组成的四进制计数器。

优选的是，所述恒流控制电路包括恒流电路，所述恒流电路包括：误差放大电路，一输入端接收所述负载电流检测信号，另一输入端接收所述亮度调整信号，输出端产生经放大的误差信号；比较器，将所述经放大的误差信号与锯齿波信号进行比较，并产生pwm信号。

优选的是，所述恒流控制电路还包括驱动器，所述pwm信号连接所述驱动器的输入端，所述驱动器的输出端连接所述功率开关的栅极。

根据第二方面，提供一种驱动恒流源负载的装置，所述恒流源负载由并联的不同色温的第一、二恒流源负载组成，所述装置包括上述第一方面中所述的集成电路、功率转换级以及一供电电阻，所述功率转换级包括功率开关、电感、续流二极管、电容以及检测电阻，其中，功率开关，其漏极与输入电压源(vin)连接，源极经所述电感与续流二极管的正极连接；续流二极管，其负极连接所述供电电阻与电容一端之间的vcc节点；电容，其另一端连接至所述集成电路内第一、二nmos管的源极与检测电阻一端之间的节点，为所述集成电路供电，并用作所述恒流源负载的滤波电容；检测电阻，其另一端连接至所述集成电路的参考地，用以产生负载电流检测信号。

第二方面中，优选的是，所述第一恒流源负载为冷色恒流源负载，所述第二恒流源负载为暖色恒流源负载。

根据第三方面，提供一种智能照明灯具，包括上述第二方面中所述的装置以及并联的冷色led负载与暖色led负载。

按照本发明的分段调色调光恒流控制器及相应驱动装置，能够使led负载在中性色的情况下满负载工作，同时实现既能分段调色又能分段调光。与目前市场上流行的方案相比，本发明不仅成本更低，而且性能更优，对led智能照明进一步的普及颇具价值。

附图说明

为更好地理解本发明，下文以实施例结合附图对本发明作进一步说明。附图中：

图1为目前市场最新的led分段调色电路；

图2为本发明一实施例的恒流源负载驱动装置的电路结构图；

图3为图2中调色调光控制电路的示例；

图4为图3中上电/掉电检测电路、计时器和状态寄存器的示例；

图5为图3中调色译码电路的示例；

图6为图3中调光译码电路的示例；

图7为本发明调色调光状态真值表的示例；

图8为图2中恒流控制电路的示例；

图9为图8中恒流电路的示例。

具体实施方式

发明人考虑，要使led负载在中性色的情况下实现满负荷工作，就需要暖色负载和冷色负载的工作电流不能减半，即，要求前级恒流电路的输出电流加倍。为了实现负载中性色情况下恒流输出电流加倍，则必须解决图1中色温控制器100与恒流控制器200之间的通讯问题。如图1所示，色温控制器100以负载滤波电容110的负极为零电位参考点，而恒流控制器200以整流桥001的地为零电位参考点，两者不共参考地。这样，两个控制器之间的相互通讯就成为一个难题。

要解决这一难题，同时还不增加成本，就必须找到一种新的电路结构。这种新结构首要的任务是，解决色温控制器和恒流控制器不共地的问题。解决了共地问题，就可以将色温控制器和恒流控制器整合在一起，以进一步降低成本。

参照图2，图2为本发明一实施例的恒流源负载驱动装置的电路结构图。不同于一般的升降压型拓扑，该驱动装置采用一种变种的升降压型拓扑结构。这里，恒流源负载由并联的led负载005、006组成，这两路负载具有不同色温，例如，led负载005为冷色温，led负载006为暖色温。该驱动装置包括开关分段调色调光恒流控制器集成电路400、功率转换级和供电电阻301，功率转换级由功率开关307、电感309、续流二极管308、电容604以及检测电阻306构成。其中，功率开关307的漏极与输入电压源vin连接，源极经电感309与续流二极管308的正极连接；续流二极管308的负极连接供电电阻301与电容604一端之间的vcc节点；电容604另一端连接至控制器集成电路400内nmos管403、404的源极与检测电阻306一端之间的节点，为控制器集成电路400供电，并用作led负载005、006的滤波电容；检测电阻306另一端连接至控制器集成电路400的参考地icgnd，用以产生负载电流检测信号cs。

在功率开关307的闭合阶段，也就是电感309的充电阶段，充电斜率为vin/l。功率开关307断开后，电感309进入放电阶段，放电斜率为vcc/l(vcc电压就是电容604上的电压)；放电回路为，电流从电感309的gnd端流出，通过续流二极管308进入vcc节点，再通过电容604和led负载005、006流回电感309的icgnd端。可以看出，电容604既是led负载005、006的滤波电容，也是控制器集成电路400的供电电容。

该驱动装置中，开关分段调色调光恒流控制器集成电路400实现了恒流控制器和色温控制器的共参考地和整合。如图2所示，控制器集成电路400内部设有恒流控制电路410、调色调光控制电路420以及nmos管403、404。相应地，控制器集成电路400的管脚中，增设ledn1和ledn2，分别连接冷暖色led负载005和006的负极。

控制器集成电路400中，调色调光控制电路420在一预定时间内，基于控制器集成电路400电源端电压vcc的上升和下降，产生色温控制信号gt1、gt2和亮度调整信号adj；nmos管403、404的栅极分别接收色温控制信号gt1、gt2，漏极分别连接led负载005和006，源极共同连接来自功率转换级的负载电流检测信号cs；恒流控制电路410基于负载电流检测信号cs和亮度调整信号adj，通过控制功率转换级中功率开关307的闭合与断开，调节led负载005、006的电流之和的平均值。这里，亮度调整信号adj是调色调光控制电路420和恒流控制电路410之间的通讯信号，用于调节恒流输出电流的大小，实现调光(调亮)功能。

当初次开灯上电，电网电压整流滤波后，再通过供电电阻301对vcc电容604充电；当电容604电压上升到一定高度后，控制器集成电路400开始工作。按照初始状态的要求，调色调光控制电路420输出相应的色温控制信号gt1、gt2给nmos管403和404，并输出亮度调整信号adj。恒流控制电路410根据负载电流检测信号cs和亮度调整信号adj，来决定最后输出电流的大小。当关灯掉电后，在例如5秒的预定时间内再次开灯上电，调色调光控制电路420会根据既定程序来调整色温控制信号gt1、gt2和亮度调整信号adj，以实现负载色温和亮度的改变。如果关灯掉电后在例如5秒内不再开灯，调色调光的状态会清零复位。

可以看出，与图1电路相比，图2电路优势明显，对led负载既能调色也能调光；电路成本还更低，性能更优。

参照图3，图3为图2中调色调光控制电路的示例。该示例中，调色调光控制电路包括上电/掉电检测电路421、计时器422、状态寄存器423、调色译码电路424以及调光译码电路425。其中，上电/掉电检测电路421与控制器集成电路400的电源端vcc相连，当检测到电源端电压vcc下降时，检测电路421产生一状态更新信号，并启动计时器422计时；在例如5秒的预定时间内，当检测到电源端电压vcc上升时，检测电路421关闭计时器422计时。状态寄存器423接收上述状态更新信号，并更新其状态信息。调色译码电路424接收状态寄存器423输出的状态信息，并将状态信息译码为色温控制信号gt1、gt2。调光译码电路425也接收状态寄存器423输出的状态信息，并将其译码为亮度调整信号adj。若检测电路421在5秒的预定时间内未检测到电源端电压vcc上升，计时器422则向状态寄存器423输出一复位信号。

图4为图3中上电/掉电检测电路、计时器和状态寄存器的示例。如图4所示，状态寄存器423采用由两个d触发器组成的四进制计数器。当关灯后，上电/掉电检测电路421中的比较器会输出一下降沿的状态更新信号给状态寄存器423，使后者状态信息可以更新，同时启动计时器422计时。如果在随后如5秒内发生开灯操作，上电/掉电检测电路421的比较器会输出高电平信号去关闭计时器422计时。如果超过5秒没有再次开灯，计时器422会输出一高电平脉冲去复位状态寄存器423，使得调光调色状态信息复位。这样，图4电路实现了调光调色状态信息的更新和复位操作。

图5为图3中调色译码电路的示例。该示例中，调色译码电路由两个与非门组成，它们的输入信号来自状态寄存器423，输出的色温控制信号gt1、gt2提供给nmos管403和404。

图6为图3中调光译码电路的示例。如图6所示，该电路由一与非门、一反相器以及两个nmos管组成，输入信号来自状态寄存器423，输出的亮度调整信号adj提供给恒流控制电路410。

图4-6给出了调色调光控制电路420的一个完整示例，所实现的调色调光状态真值表如图7所示。该表共四段，有三种色温和两种亮度(一种是增强亮度)可选。初次上电时，光是暖色，普通亮度→5秒内关灯开灯后，光换成冷色，普通亮度→5秒内关灯开灯后，光换成中性色(暖色负载和冷色负载同时亮)，还是普通亮度→5秒内关灯开灯后，光还是中性色(暖色负载和冷色负载同时亮)，但是亮度增加一倍。需要说明，这只是一种色温和亮度组合而已，组合可以有多种，比如三段三种色温两种亮度；再比如四段三种色温三种亮度，这里不一一例举。

参照图8，图8为图2中恒流控制电路的示例。恒流控制电路410包括电源管理电路411、恒流电路412以及驱动器413。其中，电源管理电路411用以检测控制器集成电路400的工作电压(vcc节点电压)是否在正常范围内，同时为集成电路400内的其他子电路模块提供合适的电压和电流。

图9为图8中恒流电路的示例。如图9所示，恒流电路包括误差放大电路和比较器415。其中，误差放大电路一输入端接收负载电流检测信号cs，另一输入端接收亮度调整信号adj，其输出端产生经放大的误差信号；比较器415将这一经放大的误差信号与锯齿波信号进行比较，并产生pwm信号。如图8所示，该pwm信号连接驱动器413的输入端，驱动器413的输出端连接功率开关307的栅极。

按照本发明，驱动装置的恒流输出电流由电压v(adj)和检测电阻306共同决定，如下式所示：

iout＝v(adj)/r306

在前文的描述中，虽然本发明是以驱动led负载为例，但是，本领域技术人员易于理解的是，本发明可用于驱动任何一种恒流源负载。

显而易见，在此描述的本发明可以有许多变化，这种变化不能认为偏离本发明的精神和范围。因此，所有对本领域技术人员显而易见的改变，都包括在所附权利要求书的涵盖范围之内。