专利名称：用于发光二极管照明系统的控制器的偏压建立装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电子领域，涉及一种用于发光二极管照明系统的控制器偏压建立的方法。
背景技术：
目前在市电输入的发光二极管照明系统中，普遍采用了发光二极管控制器(集成电路芯片)作为主控芯片，在辅以其他外围器件以保证发光二极管可以可靠的工作在恒流的状态下，控制器本身偏压(芯片电源电压)的建立通常的方法是当系统启动时依靠外围电阻电容首次建立偏压，当系统在工作过程中则利用外围变压器的绕组供给电能来维持控制器的偏压。随着发光二极管发光流明的提升以及成本的下降，越来越多的传统照明方式被发光二极管照明所替代，在替代的过程中发光二极管照明系统必须要能满足传统照明的应用环境，比如市电高压O20伏/50赫兹或120伏特/60赫兹)交流输入，已经安装在墙上的前沿(可控硅)或后沿(晶体管)调光器等等。同时考虑到发光二极管本身的寿命理论值可以达到10万小时以上，所以整个发光二极管照明系统中其他所有元器件的寿命必须与其匹配，目前的规范普遍是要大于2万5千小时。基于寿命的要求，通常电源系统中常见的电解电容，光耦等寿命不能达到2万5千小时规范的器件就要慎用，最好不用。无电解电容发光二极管控制方案是发光二极管照明市场所追求的方向之一。对无电解电容发光二极管控制系统而言，由于无电解电容用于储能，又由于要求发光二极管的驱动电流为直流或方波电流以避免发光二极管的输出光产生颜色变化，这无电解电容发光二极管控制系统的输出电流是脉宽可控的方波电流。其脉宽是随调光器变化而变化。这使得无电解电容发光二极管控制系统是断续工作，从而使得这外围变压器也是断续工作。随着调光器变化使其对应的输出方波脉宽电流变窄，这外围变压器的绕组不能提供足够的偏压来维持控制器正常工作。基于以上的发光二极管照明系统发展的背景及规范，传统的电源系统偏压方案已经不能满足未来的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于无电解电容可调光的(前沿可控硅调光或后沿晶体管调光)发光二极管照明系统的控制器的偏压建立装置。为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于发光二极管照明系统的控制器的偏压建立装置，包括调光模块和偏压检测控制及维持电流产生组件；输入电压Vin输入至调光模块后，调光模块检测输入电压Vin的导通角，输入电压Vin经过调光模块后产生发光二极管的导通信号PWM ；在发光二极管的非导通信号^7期间，偏压检测控制及维持电流产生组件检测控制器(即发光二极管照明系统的控制器)的偏压高低并控制维持电流对偏压的充电。
作为本发明的用于发光二极管照明系统的控制器的偏压建立装置的改进
偏压检测控制及维持电流产生组件由比较器和维持电流产生及切换模块组成；调光模块测经由调光和整流处理之后的输入电压Vin的导通角，产生对应的发光二极管的 PWM信号Vpwm，此信号也对应了维持电流产生及切换模块的开或者关信号；比较器检测控制器偏压Vbias，当Vbias小于设定值Vset时，比较器输出Ven为0时，把维持电流产生及切换模块模式切换至开关模式；当Vbias达到设定值Vset时，Ven为1，把维持电流产生及切换模块模式切换至线性消耗模式。
作为本发明的用于发光二极管照明系统的控制器的偏压建立装置的进一步改进: 维持电流产生及切换模块由开关信号发生器、恒定偏置电压、选择器、缓冲器、开关和功率反激式电路组成；该功率反激式电路由功率开关Q、变压器τ、输出二极管D和电阻R组成；
开关信号发生器和恒定偏置电压分别与选择器的2个输入端相连，选择器的输出分别与开关和缓冲器的输入端相连；缓冲器的输出与功率开关Q相连，功率开关Q依次通过电阻R和变压器T的原边绕组后与输入电压Vin相连；变压器T的副边绕组经输出二极管 D与控制器的偏压端相连；
调光模块的输出与开关的控制端相连，比较器的输出与选择器的选择端相连。
作为本发明的用于发光二极管照明系统的控制器的偏压建立装置的进一步改进
当Vpwm为高电平时，发光二极管导通，此时开关闭合，缓冲器输出信号为0，则ImD 为0 ；当Vpwm为低电平时，发光二极管关闭；
当发光二极管关闭时，对于前沿可控硅调光而言，检测150°附近的控制器偏压 Vbias ；如果小于设定值Vset，则Ven为0，进入开关模式，通过变压器T把电能补充给控制器偏压Vbias，当偏压Vbias重新建立至设定值Vset时，Ven翻转为1，维持电流模式切换至线性模式，变压器T不再给控制器偏压补充电能；
当发光二极管关闭时，对于后沿晶体管调光而言，检测0°附近的控制器偏压 Vbias,如果小于设定值Vset，则Ven为0，进入开关模式，通过变压器T把电能补充给控制器偏压Vbias，当偏压Vbias重新建立至设定值Vset时，Ven翻转为1，维持电流模式切换至线性消耗模式，变压器T不再给控制器偏压补充电能。
作为本发明的用于发光二极管照明系统的控制器的偏压建立装置的另一种改进
偏压检测控制及维持电流产生组件包括二极管、稳压二极管、电阻和可控线性电流源；输入电压Vin与调光模块的输入相连，调光模块的输出Vpwm与可控线性电流源的控制端相连；输入电压Vin、可控线性电流源和电阻依次相连，二极管和稳压二极管的串联支路与电阻并联；稳压二极管与控制器偏压Vbias相连。
作为本发明的用于发光二极管照明系统的控制器的偏压建立装置的进一步改进: 调光模块检测经由调光和整流处理之后的输入电压Vin的导通角，产生对应的发光二极管的PWM信号Vpwm，此信号用于控制控制器的开或关；控制器最终控制发光二极管的驱动电流。
在基于发光二极管的照明系统中，发光二极管控制器是整个系统的核心，给该控制器建立稳定的偏压是其能稳定工作的前提。对于无电解电容可调光的(前沿可控硅调光或后沿晶体管调光)发光二极管照明系统来说，当调光器的导通角足够大时，传统的利用变压器绕组来提供电能的偏压建立方法可以稳定运行，而当调光器的导通角非常小的时候，传统的方法不再适用，此时外围变压器绕组供给的电能已经不足以维持控制器的正常工作，此时发光二极管将出现闪烁。
在无电解可调光(前沿可控硅调光或后沿晶体管调光)的发光二极管的照明系统中，必须要产生一个抽电流，并且使得其值大于调光器正常工作的最小维持电流Ikm，才能保证调光器可以稳定的工作。传统的方案这个电流(即抽电流)是作为能耗直接消耗掉了。本发明把调光器的维持电流进行处理，把维持调光器正常工作的电能补偿给控制器的偏压，即使在调光器极限小的导通角时仍然可以稳定住控制器的偏压，保证发光二极管驱动系统的正常工作，同时这种方式把本来消耗掉得调光器维持电流ImD利用了起来，提高了系统的效率。
综上所述，本发明共有两种工作方式来解决传统控制器偏压建立方式带来的问题。其一是开关电路形式；其二是线性电路形式。
在开关电路形式调光器的维持电流电路中，维持电流是由开关电路建立的。开关电路将工作于开关状态和线性状态。当控制器的偏压小于设定值Vset时，开关电路工作于开关状态，这调光器的维持电能输送至控制器偏压，直至偏压建立至设定值Vset，充电结束。充电结束后，这调光器维持电能恢复成默认消耗模式时，这开关电路工作于线性状态。
系统框图如图3所示，它是由调光模块1、比较器2、维持电流产生及切换模块3组成。先检测经调光，整流之后的输入电压Vin，检测其导通角，经过调光模块1后产生发光二极管的导通PWM信号。通常为了保证在全功率时功率因素大于0.9，最大导通角设置是从 30° 至 150°。
对于前沿可控硅调光而言，在0°至可控硅调光开启时之内和150°至180°区间调光器的维持电流电路开启以保证调光器能够正常的工作。同时在150°之后检测控制器偏压Vbias，如果Vbias小于Vset，将调光器的维持电能输送至控制器偏压，直至偏压建立至设定值Vset，充电结束。调光器维持电能恢复成默认消耗模式。
对于后沿晶体管调光而言，为了保证在全功率时功率因素大于0.9，最大导通角设置也是从30°至150°。故从0°至30°及晶体管调光关闭时刻至180°区间调光器的维持电流电路开启以保证调光器能够正常的工作。同时从0°开始检测控制器偏压Vbias，如果Vbias小于设定值Vset，将调光器的维持电能输送至控制器偏压，直至偏压建立至设定值Vset，充电结束。调光器维持电能恢复成默认消耗模式。
在线性电路形式调光器的维持电流电路中，这维持电流是由线性电路建立的。如图6所示，此时稳压二极管11的嵌位电压对应设定值Vset电压，调光模块1产生对应的维持电流Iikm的开或者关信号。当调光模块1控制Iikm开时，如果Vbias小于稳压二极管11 的嵌位电压设定值Vset，Ihold自动通过二极管13输送至控制器偏压Vbias，直至偏压建立至设定值Vset，充电结束，调光器维持电能恢复成默认消耗模式时，这维持电能完全消耗在这线性电路中。
本发明的优点是在新型无电解电容可调光的(前沿可控硅调光或后沿晶体管调光)发光二极管照明系统中，当调光器的导通角非常小时解决了传统方式不能提供控制器稳定偏压导致发光二极管闪烁的问题。
本发明的优点是利用了维持调光器工作的电能给控制器提供偏压，提高系统效率。
本发明的优点是自动检测控制器的偏压，当偏压不足时自动补充电能，当偏压足够时停止补充。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细说明。
图1是传统偏压建立方法在调光器导通角很小时导致发光二极管闪烁的波形图1中a为前沿可控硅调光；b为后沿晶体管调光；
图2是本发明的时域波形图2中a为前沿可控硅调光；b为后沿晶体管调光；
图3是本发明的开关形式的电路框图4是图3中的维持电流产生及切换模块3的内部结构示意图5是图3和图4结合后的实际使用状态示意图6是本发明的线性形式的具体实现电路图7是图6的实际使用状态示意图。
具体实施方式
如图1所示，通常为了保证在全功率时功率因素大于0.9，最大导通角设置为 120°，即在全功率输出时0°至30°，及150°至180°的区间内发光二极管关闭。对于可控硅前沿调光器，最小导通角，即“0导通角”，出现在150°处，而晶体管后沿调光器最小导通角，即“0导通角”，则出现在30°处。由于调光器(前沿可控硅调光或后沿晶体管调光) 的特性，在发光二极管关闭没有功率输出的时候仍然需要一部分维持电能来保证调光器可以稳定工作，所以无论是前沿可控硅调光或后沿晶体管调光，当发光二极管关闭时均需要产生一个维持电流ImD来保证调光器的稳定工作，如果没有这个维持电流ImD调光器不能稳定工作将导致发光二极管由于不稳定而闪烁。传统产生维持电流ImD的方式这部分电能作为能耗消耗掉。当发光二极管的导通角非常小时，此时导通时变压器绕组供给Vbias的能力已经不足以让其稳定工作一个完整的周期，控制器将不能正常工作。
同时由于最大导通角120°的特点，通常维持电流ImD的最大值当前沿可控硅调光时出现在150°附近，而后沿晶体管调光时出现在30°附近，由于调光器关闭时Vin的值接近于0，此时的维持电流ImD不管是在线性模式还是开关模式都是非常小。当前沿可控硅调光利用150°附近的Ikm，以及后沿晶体管调光时利用30°附近的维持电流Iikm显得尤其有意义。
实施例1、一种用于发光二极管照明系统的控制器的偏压建立装置(如图3、图4 所示)，为开关电路形式。
该开关形式电路框图如图3所示，它由调光模块1、比较器2和维持电流产生及切换模块3组成。调光模块1和比较器2分别与维持电流产生及切换模块3相连。
实际使用时(如图5所示)，调光器、整流器和调光模块1依次相连；调光模块1输出的Vpwm控制控制器的开或关。控制器最终控制发光二极管的驱动电流。控制器的偏压(Vbias)输入至比较器2。
调光模块1检测经由调光器和整流器之后的输入电压Vin的导通角，产生对应的发光二极管的PWM信号Vpwm，此信号也对应了维持电流产生及切换模块3的开或者关信号。 比较器2检测控制器偏压Vbias，当Vbias小于设定值Vset (即控制器的工作偏压)时，比较器2输出Ven为0时，把维持电流产生及切换模块3模式切换至开关模式，当Vbias达到设定Vset时，Ven为1，把维持电流产生及切换模块3模式切换至线性消耗模式。
维持电流模式切换模式原理如图4所示，S卩，维持电流产生及切换模块3由开关信号发生器4、恒定偏置电压5、选择器6、及缓冲器7、开关8和功率反激式电路组成。该功率反激式电路由功率开关Q、变压器T、输出二极管D和电阻R组成。其电连接关系具体如下
开关信号发生器4和恒定偏置电压5分别与选择器6的2个输入端相连，选择器 6的输出分别与开关8和缓冲器7的输入端相连；缓冲器7的输出与功率开关Q相连，功率开关Q依次通过电阻R和变压器T的原边绕组后与输入电压Vin相连(即，与由调光器和整流器之后的输入电压Vin相连)。变压器T的副边绕组经输出二极管D与控制器的偏压端相连(即，与进入比较器2的控制器偏压Vbias相连)。
调光模块1的输出与开关8的控制端相连，比较器2的输出与选择器6的选择端相连。
当Vpwm为高电平时，发光二极管导通，此时开关8闭合，缓冲器7输出信号为0，则 ImD也为0。当Vpwm为低电平时，发光二极管关闭。
当发光二极管关闭时对于前沿可控硅调光而言，检测150°附近的控制器偏压 Vbias ；如果小于设定值Vset，则Ven为0，进入开关模式，通过变压器T把电能补充给控制器偏压Vbias，当偏压Vbias重新建立至设定值Vset时，Ven翻转为1，维持电流模式切换至线性模式，变压器T不再给控制器偏压补充电能。
当发光二极管关闭时对于后沿晶体管调光而言，检测0°附近的控制器偏压 Vbias,如果小于设定值Vset，则Ven为0，进入开关模式，通过变压器T把电能补充给控制器偏压Vbias，当偏压Vbias重新建立至设定值Vset时，Ven翻转为1，维持电流模式切换至线性消耗模式，变压器T不再给控制器偏压补充电能。
实施例2、一种用于发光二极管照明系统的控制器的偏压建立方法(如图6所述)，为线性形式电路，该线性形式电路的电路框图如图6所示。
其由调光模块1、稳压二极管11、电阻12、二极管13和可控线性电流源14组成，具体电连接关系为
输入电压Vin与调光模块1的输入相连，调光模块1的输出Vpwm与可控线性电流源14的控制端相连。输入电压Vin、可控线性电流源14和电阻12依次相连，二极管13和稳压二极管11的串联支路与电阻12并联；稳压二极管11与控制器偏压Vbias相连。
实际使用时(如图7所示)，调光器、整流器与调光模块1的输入依次相连，调光模块1输出的Vpwm控制控制器的开或关；控制器最终控制发光二极管的驱动电流。
调光模块1检测经由调光器和整流器之后的输入电压Vin的导通角，产生对应的发光二极管的PWM信号Vpwm，此信号也对应了调光器维持电流ImD的开或者关信号。当 Vpwm为1时，发光二极管打开，可控线性电流源14 (即维持电流ImD)关闭；当Vpwm为0时， 发光二极管关闭，可控线性电流源14(即维持电流ImD)打开，稳压二极管11的嵌位电压就对应了设定值Vset。
对于前沿可控硅调光而言，在150°附近自动检测Vbias电压是否达到稳压二极管11的嵌位电压Vseto
对于后沿晶体管调光而言，在0°附近自动检测Vbias电压是否达到稳压二极管 11的嵌位电压Vset。
如果控制器偏压Vbias小于稳压二极管11的设定值Vset，可控线性电流源14(即维持电流ImD)会自动通过二极管13给控制器偏压Vbias充电，直至Vbias电压达到设定值Vset，二极管13自动关闭，充电结束，可控线性电流源14(即维持电流〗^^)保持在消耗模式。
图2是本发明(即实施例1和实施例2)的时域波形，对比图1可见，对于前沿可控硅调光在150°至180°之间，对于后沿晶体管调光在0° 30°之间，当Vbias电压低于设定值Vset，变压器(此变压器为控制器内的变压器，非图4中的变压器T)绕组不能供给足够的电能给Vbias时，无论是开关模式还是线性模式均可以快速补充控制器偏压Vbias 的所需能量，当Vbias重新建立至设定值Vset时，充电结束，调光器维持电流恢复到消耗形式。
综上所述，上述两种情况均利用了维持电流ImD在最大值附近的能量补充给 Vbias，既保证了控制器稳定可靠的工作，又最大限度的节省了维持电流〗^^带来的功耗。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
权利要求
1.用于发光二极管照明系统的控制器的偏压建立装置，其特征是包括调光模块(1)和偏压检测控制及维持电流产生组件；输入电压Vin输入至调光模块(1)后，调光模块(1)检测输入电压Vin的导通角，输入电压Vin经过调光模块(1)后产生发光二极管的导通信号PWM ；在发光二极管的非导通信号^7期间，偏压检测控制及维持电流产生组件检测控制器的偏压高低并控制维持电流对偏压的充电。
2.根据权利要求1所述的用于发光二极管照明系统的控制器的偏压建立装置，其特征是所述偏压检测控制及维持电流产生组件由比较器(2)和维持电流产生及切换模块(3) 组成；调光模块(1)检测经由调光和整流处理之后的输入电压Vin的导通角，产生对应的发光二极管的PWM信号Vpwm，此信号也对应了维持电流产生及切换模块(3)的开或者关信号；比较器⑵检测控制器偏压Vbias，当Vbias小于设定值Vset时，比较器⑵输出Ven 为0时，把维持电流产生及切换模块C3)模式切换至开关模式；当Vbias达到设定值Vset 时，Ven为1，把维持电流产生及切换模块(3)模式切换至线性消耗模式。
3.根据权利要求2所述的用于发光二极管照明系统的控制器的偏压建立装置，其特征是维持电流产生及切换模块(3)由开关信号发生器、恒定偏置电压(5)、选择器(6)、 缓冲器(7)、开关(8)和功率反激式电路组成；该功率反激式电路由功率开关Q、变压器T、 输出二极管D和电阻R组成；开关信号发生器⑷和恒定偏置电压(5)分别与选择器(6)的2个输入端相连，选择器(6)的输出分别与开关(8)和缓冲器(7)的输入端相连；缓冲器(7)的输出与功率开关 Q相连，功率开关Q依次通过电阻R和变压器T的原边绕组后与输入电压Vin相连；变压器 T的副边绕组经输出二极管D与控制器的偏压端相连；调光模块⑴的输出与开关⑶的控制端相连，比较器⑵的输出与选择器(6)的选择端相连。
4.根据权利要求3所述的用于发光二极管照明系统的控制器的偏压建立装置，其特征是当Vpwm为高电平时，发光二极管导通，此时开关⑶闭合，缓冲器(7)输出信号为0，则 Ihold为 ；当Vpwm为低电平时，发光二极管关闭；当发光二极管关闭时，对于前沿可控硅调光而言，检测150°附近的控制器偏压 Vbias ；如果小于设定值Vset，则Ven为0，进入开关模式，通过变压器T把电能补充给控制器偏压Vbias，当偏压Vbias重新建立至设定值Vset时，Ven翻转为1，维持电流模式切换至线性模式，变压器T不再给控制器偏压补充电能；当发光二极管关闭时，对于后沿晶体管调光而言，检测0°附近的控制器偏压Vbias， 如果小于设定值Vset，则Ven为0，进入开关模式，通过变压器T把电能补充给控制器偏压 Vbias,当偏压Vbias重新建立至设定值Vset时，Ven翻转为1，维持电流模式切换至线性消耗模式，变压器T不再给控制器偏压补充电能。
5.根据权利要求1所述的用于发光二极管照明系统的控制器的偏压建立装置，其特征是所述偏压检测控制及维持电流产生组件包括二极管(13)、稳压二极管(11)、电阻(12) 和可控线性电流源(14)；输入电压Vin与调光模块(1)的输入相连，调光模块(1)的输出Vpwm与可控线性电流源(14)的控制端相连；输入电压Vin、可控线性电流源(14)和电阻 (12)依次相连，二极管(1 和稳压二极管(11)的串联支路与电阻(1 并联；稳压二极管 (11)与控制器偏压Vbias相连。
6.根据权利要求5所述的用于发光二极管照明系统的控制器的偏压建立装置，其特征是调光模块(1)检测经由调光和整流处理之后的输入电压Vin的导通角，产生对应的发光二极管的PWM信号Vpwm，此信号用于控制控制器的开或关；控制器最终控制发光二极管的驱动电流。
全文摘要
本发明公开了一种用于发光二极管照明系统的控制器的偏压建立装置，包括调光模块(1)和偏压检测控制及维持电流产生组件；输入电压Vin输入至调光模块(1)后，调光模块(1)检测输入电压Vin的导通角，输入电压Vin经过调光模块(1)后产生发光二极管的导通信号PWM；在发光二极管的非导通信号期间，偏压检测控制及维持电流产生组件检测控制器的偏压高低并控制维持电流对偏压的充电。该装置能自动检测控制器的偏压，当偏压不足时自动补充电能，当偏压足够时停止补充。
文档编号H05B37/02GK102510621SQ20111033467
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月29日 优先权日2011年10月29日
发明者宋霄, 李宗兵, 翁大丰 申请人:魏其萃