专利名称：用于大功率led驱动的通用开关分段调光电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及调光电路领域，更具体的说涉及用于大功率LED驱动的通用开关 分段调光电路。
背景技术：
随着LED灯具相关技术的成熟，目前各类的传统灯具均具有对应并能直接替换的 LED灯具，如传统的MR16卤素灯就可以由MR16LED灯大规模替代，由于具有可直接替换性， 从而能大大便于LED灯具的推广应用。但是，在替换的过程中，当传统灯具只由开关控制亮灭时，替换后的LED灯具亦只 具备亮灭的功能，此时，若还想具备调光功能，很多情况下须将开关面板更换为调光面板， 但这往往需要重新进行施工，从而造成极大的不便利性。故目前急需一种解决方案，即在只 更换LED灯具的前提下，原有的普通开关能同时实现分段调光功能，达到既节能又调光，而 且无需施工的功效。有鉴于此，本发明人针对现有LED灯具直接替换开关控制的传统灯具时为具有调 光功能而造成不便利性的缺陷深入研究，遂有本案产生。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种用于大功率LED驱动的通用开关分段调光电路， 以解决现有技术中在将开关控制的传统灯具替换为LED灯具时为具有调光功能而造成极 大不便利性的问题。为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是用于大功率LED驱动的通用开关分段调光电路，其中，包括开关动作检测模块，与外部电路相连，用于检测外部开关的状态，当外部开关进行 调光动作时，则生成Trigger信号；输出电流控制模块，具有可循环的多个档位，并与开关动作检测模块相连，当接收 到开关动作检测模块的Trigger信号时，则循环到下一档位，并生成与当前档位对应的控 制信号；HBLED驱动模块，与输出电流控制模块相连并接收控制信号，且根据控制信号输出 相应的恒定电流。进一步，该通用开关分段调光电路还包括用于设置调光的档数和各档电流大小的 调光分档设置模块，该调光分档设置模块与输出电流控制模块相连，并设置该输出电流控 制模块中的档位数和各档电流大小。进一步，该调光分档设置模块包括多个外部接口和与该多个外部接口均相连的译 码器。进一步，该调光分档设置模块包括电阻和与电阻相连的模数转换器，该电阻还与 恒流源相连。[0014]进一步，该开关动作检测模块包括计时器和RS触发器，该计时器的Rset端与RS 触发器的R端连接在同一节点上，该计时器的Count端与RS触发器的S端相连，该RS触发 器的Q端生成Tri gger信号，该计时器还与时钟模块相连，该计时器根据时钟模块的时钟 基准进行计时，并根据计时的长短而与存储在计时器中的Tthl、Tth2时间阀值比较后，并 根据比较结果而生成Count信号和Timeout信号。进一步，该开关动作检测模块还包括迟滞比较器，该迟滞比较器的正输入端与电 压基准A相连，而负输入端则与外部开关间接相连，其输出端生成Standby信号，该Standby 信号输送至除开关动作检测模块以外的模块，该Standby信号还与外部检测信号Detect — 起经由或门而连入计时器的Rset端及RS触发器的R端。进一步，该输出电流控制模块包括循环移位寄存器、译码器和电压模块，该循环移 位寄存器包括多个相互连接的D触发器，该多个D触发器的Clk端与Trigger信号相连，其 Set或Rset端则接收Timeout信号与上电启动模块经由或门形成的信号，Q端则均与译码 器相连而将循环移位寄存器当前的值传递给译码器；该译码器与调光分档设置模块相连， 并将调光分档设置模块传来的档位数和各档电流大小信号译码而改变循环移位寄存器中 各D触发器的连接方式，该译码器还结合调光分档设置模块以及循环移位寄存器的信号而 生成电压选择信号；该电压模块与译码器相连，并接收电压选择信号，从而生成相应的电流 控制信号。进一步，该HBLED驱动模块选自线性恒流源驱动、DC-DC降压恒流驱动、DC-DC升压 恒流驱动和DC-DC升降压恒流驱动之一。采用上述结构后，本实用新型涉及的用于大功率LED驱动的通用开关分段调光电 路中的开关动作检测模块与外部电路相连，而HBLED驱动模块则与LED灯具相连，该开关动 作检测模块检测外部开关的状态，并当检测到其在进行调光动作时，则生成Trigger信号； 输出电流控制模块则根据Trigger信号自动循环到下一档位，并生成与该当前档位对应的 控制信号，HBLED驱动模块则将根据控制信号输出与档位相对应的恒定电流，并作用在LED 灯具上，从而使得LED灯具具有不同的亮度，进而在开关面板的基础上，实现了调光功能， 避免了现有技术中因为需要调光功能重新施工而造成的不便利性。
图1为本实用新型涉及的通用开关分段调光电路应用在LED灯具上时原理结构示 意图；图2为图1中调光分档设置模块第一实施例的结构示意图；图3为图1中调光分档设置模块第二实施例的结构示意图；图4为图1中开关动作检测模块较佳实施例的结构示意图；图5为图1中输出电流控制模块较佳实施例的结构示意图；图6和图7为本实用新型涉及的通用开关分段调光电路具体实施时开关动作与 LED输出电流大小的对应关系效果示意图。图中调光电路100 开关动作检测模块 1迟滞比较器11计时器12[0028]RS触发器13时钟模块14[0029]输出电流控制模块2循环移位寄存器21[0030]D触发器211上电启动模块212[0031]译码器22电压模块23[0032]HBLED驱动模块3调光分档设置模块4[0033]译码器41模数转换器42[0034]LED灯具5开关具体实施方式
为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进 行详细阐述。如图1所示，其示出的为本实用新型涉及的用于大功率LED驱动的通用开关分段 调光电路100的较佳实施例适用在LED灯具5上时的原理示意图，该通用开关分段调光电 路100包括开关动作检测模块1、输出电流控制模块2和HBLED驱动模块3，其中该开关动作检测模块1，与外部电路相连，即连入LED灯具5的供电电路，从而间接 检测外部开关6的状态，当外部开关6进行调光动作时，则生成Trigger信号，该调光动作 是指在短时间内将开关6断开随即闭合，该短时间所代表的时间可以根据具体情况设置， 在本实施例中选取2秒钟；该输出电流控制模块2，具有可循环的多个档位，并与开关动作检测模块1相连， 当接收到开关动作检测模块1的Trigger信号时，则循环到下一档位，并生成与当前档位对 应的控制信号；该HBLED驱动模块3，与输出电流控制模块2相连并接收控制信号，且根据控制信 号输出相应的恒定电流，其恒定电流提供给LED灯具5使用，从而实现对LED灯具5的调光 动作。这样，当开关6在进行短时间内断开随即闭合的操作时，该开关动作检测模块1即 会检测到其正在进行调光动作，从而生成Trigger信号，此时该输出电流控制模块2则自动 循环到下一档位，并生成与该当前档位对应的控制信号，此时该HBLED驱动模块3则根据控 制信号将输出与档位相对应的恒定电流，并作用在LED灯具5上，从而使得LED灯具5具 有不同的亮度，进而在原有开关面板的基础上，即可实现调光功能，从而避免了现有技术中 因为需要调光功能重新施工而造成的不便利性，从而使得本实用新型具有较佳便利性的效
^ ο为了对输出电流控制模块2中的档数以及各档电流的大小进行调整，该通用开关 分段调光电路100还包括调光分档设置模块4，该调光分档设置模块4与输出电流控制模块 2相连，并设置该输出电流控制模块2中的档位数和各档电流大小，如其可以设置成三档电 流100%、60%和30%，亦可以设置在两档电流100%和30%。如图2所示，其为该调光分档设置模块4的第一实施例的结构示意图，该调光分档 设置模块4包括多个外部接口和与该多个外部接口均相连的译码器41。其为了减少外部接 口 DIM的数量，因此用译码器41将DIMl DIMm信号译成Set_Mode [η: 1]中的一个信号线 为高电平，此时是通过不同的逻辑组合设置开关分段调光的档位数和每档电流的大小，而该输入设置端口的数目决定了组合模式的种类；一般来说，若DIMm端口只有两种状态可以 设置，则η = 2m ；该<DIM1. . . DIMm>将转换为相应的数字信号Set_Mode [n:l]给输出电流控 制模块2。比如只有两个引脚设定DIMl和DIM2，当DIMl = “0”，DIM2 = “1”时，此时指定 输出电流为三档调光，第一档100 %，第二档60 %，第三档30 %。如图3所示，其为该调光分档设置模块4的第二实施例的结构示意图，该调光分档 设置模块4包括电阻(图中未示出)和与电阻相连的模数转换器42，该电阻还与恒流源相 连。其进一步减少输入端口的个数，即只有一个输入端口即电阻，而经由模数转换器42后 译码输出，该恒流源可以直接借用系统内部的恒流输出，因此该电阻上会产生电压，因此通 过改变电阻的阻值就会有不同的模拟信号，而该模数转换器42则将该模拟电压信号转换 为数字信号Set_M0de[n:l]，具体的，该电阻取值不同将设定不同的调光档位，如100K电阻 对应的为100%、60%和30%的档位。需要说明的是，译码后或转换后的数字输出信号，Set_M0de[n:l]中每一个信号都 对应着一种状态，因此一般只有其中一个信号有效。如图4所示，其示出的为该开关动作检测模块1较佳实施例的结构示意图，该开关 动作检测模块1包括迟滞比较器11、计时器12和RS触发器13 该迟滞比较器11，其输入端的正极端子接一电压基准A，该电压基准A根据实际情 形来选定，该迟滞比较器11输入端的负极端子接VIN，即图1中与开关6间接相连的VIN， 其所指代的为系统供电端口，VIN所表示的电压信息能反映该外部开关6是处于打开还是 关闭的状态，即当外部开关6断开时，系统掉电，此时VIN电压下降，其下降的快慢由负载决 定。该迟滞比较器11输出端一则作为Standby信号，另外还与外部检测信号即Detect信 号一起经由或门而连入计时器12的Rset端和RS触发器13的R端；该Detect信号取自 HBLED驱动模块3的关键结点，比如说功率管的栅极信号，用于指示系统掉电的信息，此时 采用双重信号即VIN及Detect来指示系统掉电信息，主要是因为当系统掉电时，系统电压 并不会马上下降得很低，此时Standby无效，内部的HBLED驱动模块3并不一定会马上关 断驱动电流，因此HBLED驱动模块3中的一些结点会间接指示出系统掉电的信息。另外，当 VIN下降到低于电压基准A时，Standby有效，控制系统进入低功耗状态，并且关断HBLED驱 动模块3内的驱动电流，VIN电压下降变缓，从而保证了掉电情况下旁路电容仍然有足够的 电量供系统中的开关动作检测模块1工作，该旁路电容装设一端与整个调光电路100供电 VIN相连，另一端与大地相连；该计时器12，用于计时功能，该计时器12的count端与RS触 发器13的S端相连，并连接有时钟模块14，且生成Timeout信号；该RS触发器13的Q端 则引出Trigger信号，该Trigger信号指示了外部开关6进行了调光动作中的断开到结合 时间至少大于Tthl。该Tthl具体指可以根据具体情况选定，比如选定为16毫秒，即当关 键结点Detect有效的持续时间加VIN端口欠压时间超过16毫秒时，Trigger信号输出有 效电平，这样的目的是滤除噪声信号，从而避免系统误判断外部开关6进行调光动作，即当 Detect信号或Standby信号在此时间阀值Tthl内变为无效时，则计时器12被清零，计时器 12无法触发RS触发器13，Trigger信号保持无效状态。该Timeout信号则指示外部开关 6进行了调光动作中的断开到结合时间过长，即不再认为是调光动作，而当开关6再次接合 时，该输出电流直接调回到初始电流。具体的，当关键结点Detect有效的持续时间加VIN端 口欠压时间大于某一阀值Tth2时(该Tth2可以根据具体情况而设定，比如设定为2秒)，触发输出电流控制模块2使得输出电流设置为初始电流。如图5所示，其示出的为输出电流控制模块2较佳实施例的结构示意图；该输出电 流控制模块2包括循环移位寄存器21、译码器22和电压模块23，该循环移位寄存器21包 括多个相互连接的D触发器211，该多个D触发器211的elk端与Trigger信号相连，即当 Trigger信号有效时，该循环移位寄存器21将移动一位；该多个D触发器211的Rset或Set 端则接收Timeout信号与上电启动模块212经由或门形成的信号，即当Timeout信号或上 电启动模块212为有效时，该多个D触发器211将被重置，即均回到初始状态，此时对应的 外部电流也回到了初始状态；该多个D触发器211的Q端则均与译码器22相连而将循环移 位寄存器21当前的值传递给译码器22，即将目前循环移位寄存器21所指示的档位信息传 递给译码器22 ；该译码器22与调光分档设置模块4相连并将调光分档设置模块4传来的 档位数和各档电流大小信号译码，而传递给循环移位寄存器21，该循环移位寄存器21则改 变各D触发器211的连接方式，即改变整个循环移位寄存器21连成循环结构的触发器的个 数，从而实现改变档位数的目的；该译码器22还结合调光分档设置模块4以及循环移位寄 存器21的信号而生成电压选择信号V0ltage_Select[y: 1]，该电压模块23与译码器22相 连，并接收电压选择信号V0ltage_Select[y:l]，从而生成相应的电流控制信号Current_ Ctrl，该电流控制信号控制HBLED驱动模块3输出的电流大小，若是输出控制电压，则电压 大小与输出电流成比例关系，，此外，也可输出PWM信号对HBLED驱动模块的输出电流进行 PWM控制(图中未标示)，若是输出PWM控制信号，则PWM信号的占空比与输出电流成比例。下面对输出电流控制模块2的具体功能进行详细描述该译码器22先对调光分 档设置模块4送来的信号Set_M0de[n: 1]先译码，由于Set_Mo de[n:l]含有调光的档位 数和每档电流大小的两个信息，因此译码分为两部分，第一部分是译码出调光的档数，Set_ Mode [η: 1]先译码出档位数信号Loop_Select [4:1]，如图5所示，Loop_Select [4:1]通过循 环移位寄存器21之间的开关切换设置好D触发器211组成的循环回路，如使用三档调光就 使用3个D触发器211，每个触发器的输出Q接下一个触发器的输入D，最后一个触发器的输 出Q再接回第一个触发器的输入D。Ql Q4分别对应的是第一档、第二档、第三档和第四 档。如设为四档调光，当Ql =“1”时，对应的是第一档有效。在初始上电或Timeout信号 来临时候被设置为1000 (假设“1”电平为有效电平)，当触发信号Trigger第一次有效时， D触发器211开始移动一位，状态改为0100，以此类推，逻辑“ 1”(假设“ 1，，电平为有效电 平)循环到哪一个寄存器说明系统工作在哪一档。循环寄存器的输出再与Set_M0de[n:l] 共同译码出每档电流的大小，译码的结果V0ltage_SeleCt[y:l]直接控制开关组来选择合 适的电压通过Current_Ctrl输出。作为该HBLED驱动模块3的具体实施方式
，该HBLED驱动模块3选自线性恒流源 驱动、DC-DC降压恒流驱动、DC-DC升压恒流驱动和DC-DC升降压恒流驱动之一，这个模块的 输出电流大小是通过CUrrent_Ctrl信号控制的，其可以是数字PWM控制，也可以是模拟电 压控制，具体看实际应用条件设计，图5所示实施例仅表示模拟电压控制。下面假设分为三档，且顺序为100%，60%和30%，而输出电流的改变是通过改变 电流大小而不是改变占空比来调整电流，且Tthl为开关-接通时间的阀值下限，如取16ms ； Tth2为开关断开-接通时间阀值上限，如2s，如图6所示，当开关断开-接通时间大于Tthl 且小于Tth2时，进行分段调光，其每进行一次调光动作，即依次调整，而当调整到最小值30%时，又自动跳转到100% ；又如图7所示，当开关断开-接通时间小于Tthl时，不进行 调光，而当开关断开_接通时间大于Tth2时，直接跳到初始状态电流。当然在本实用新型在具体实施时，往往还需包括产生内部系统电源的模块、提供 电压基准的模块以及提供偏置电流的模块等，这些模块均为本领域公知的模块，故不一一 详述，而且这些模块在Standby处于有效的情况下军进入低功耗状态。上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的 普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。
权利要求用于大功率LED驱动的通用开关分段调光电路，其特征在于，包括开关动作检测模块，与外部电路相连，用于检测外部开关的状态，当外部开关进行调光动作时，则生成Trigger信号；输出电流控制模块，具有可循环的多个档位，并与开关动作检测模块相连，当接收到开关动作检测模块的Trigger信号时，则循环到下一档位，并生成与当前档位对应的控制信号；HBLED驱动模块，与输出电流控制模块相连并接收控制信号，且根据控制信号输出相应的恒定电流。
2.如权利要求1所述的用于大功率LED驱动的通用开关分段调光电路，其特征在于，该 通用开关分段调光电路还包括用于设置调光的档数和各档电流大小的调光分档设置模块， 该调光分档设置模块与输出电流控制模块相连，并设置该输出电流控制模块中的档位数和 各档电流大小。
3.如权利要求2所述的用于大功率LED驱动的通用开关分段调光电路，其特征在于，该 调光分档设置模块包括多个外部接口和与该多个外部接口均相连的译码器。
4.如权利要求2所述的用于大功率LED驱动的通用开关分段调光电路，其特征在于，该 调光分档设置模块包括电阻和与电阻相连的模数转换器，该电阻还与恒流源相连。
5.如权利要求2所述的用于大功率LED驱动的通用开关分段调光电路，其特征在于， 该开关动作检测模块包括计时器和RS触发器，该计时器的Rset端与RS触发器的R端连 接在同一节点上，该计时器的Count端与RS触发器的S端相连，该RS触发器的Q端生成 Trigger信号，该计时器还与时钟模块相连，该计时器根据时钟模块的时钟基准进行计时， 并根据计时的长短而与存储在计时器中的Tthl、Tth2时间阀值比较后，并根据比较结果而 生成Count信号和Timeout信号。
6.如权利要求5所述的用于大功率LED驱动的通用开关分段调光电路，其特征在于，该 开关动作检测模块还包括迟滞比较器，该迟滞比较器的正输入端与电压基准A相连，而负 输入端则与外部开关间接相连，其输出端生成Standby信号，该Standby信号输送至除开关 动作检测模块以外的模块，该Standby信号还与外部检测信号Detect —起经由或门而连入 计时器的Rset端及RS触发器的R端。
7.如权利要求5所述的用于大功率LED驱动的通用开关分段调光电路，其特征在于，该 输出电流控制模块包括循环移位寄存器、译码器和电压模块，该循环移位寄存器包括多个 相互连接的D触发器，该多个D触发器的Clk端与Trigger信号相连，其Set或Rset端则 接收Timeout信号与上电启动模块经由或门形成的信号，Q端则均与译码器相连而将循环 移位寄存器当前的值传递给译码器；该译码器与调光分档设置模块相连，并将调光分档设 置模块传来的档位数和各档电流大小信号译码而改变循环移位寄存器中各D触发器的连 接方式，该译码器还结合调光分档设置模块以及循环移位寄存器的信号而生成电压选择信 号；该电压模块与译码器相连，并接收电压选择信号，从而生成相应的电流控制信号。
8.如权利要求1所述的用于大功率LED驱动的通用开关分段调光电路，其特征在于，该 HBLED驱动模块选自线性恒流源驱动、DC-DC降压恒流驱动、DC-DC升压恒流驱动和DC-DC 升降压恒流驱动之一。
专利摘要本实用新型公开一种用于大功率LED驱动的通用开关分段调光电路，主要包括开关动作检测模块，与外部电路相连，用于检测外部开关的状态，当外部开关进行调光动作时，则生成Trigger信号；输出电流控制模块，具有可循环的多个档位，并与开关动作检测模块相连，当接收到开关动作检测模块的Trigger信号时，则循环到下一档位，并生成与当前档位对应的控制信号；HBLED驱动模块，与输出电流控制模块相连并接收控制信号，且根据控制信号输出相应的恒定电流。本实用新型在将开关控制的传统灯具替换为LED灯具时能同时具有分段调光功能，只需更换灯泡而无需重新施工，故具有较佳的便利性。
文档编号H05B37/02GK201690645SQ20102014676
公开日2010年12月29日 申请日期2010年3月24日 优先权日2010年3月24日
发明者丁西伦, 吴超, 周燕, 谢希 申请人:矽恩微电子(厦门)有限公司